Электробалансы и повышение эффективности режимов электропотребления промышленных предприятий

СОДЕРЖАНИЕ:

Разработка мер по повышению эффективности электроснабжения и электропотребления

Страницы работы

Содержание работы

5 РАЗРАБОТКА МЕР ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ

5.1 Самозапуск приводов сырьевых насосов установки

Самозапуском считается такой режим, когда двигатели снизившие свою скорость за время замыкания в сети или действия автоматики при других видах нарушения электроснабжения, не отключаются от сети, а при восстановлении напряжения разгоняются до нормальной скорости.

Явление самозапуска двигателей характеризуется взаимосвязанностью процессов, происходящих в двигателях и электрической сети, и сочетает в себе два процесса:

1) выбег двигателей при снижении либо исчезновении напряжения;

2) разгон до номинальной скорости при восстановлении напряжения.

При решении вопросов, связанных с самозапуском двигателей, необходимо совместное рассмотрение режимов работы двигателей и режимов напряжений и токов в сети.

В настоящее время самозапуск используется для ответственных потребителей как в сетях выше, так и до 1000 В. Это объясняется тем, что самозапуск является важным средством повышения надежности работы технологических установок промышленных предприятий. Причем это касается не только ответственных потребителей. Если самозапуск двигателей стал необходимым для установок, остановка которых вызывает нарушение безопасности, повреждение оборудования, значительную недовыработку и брак продукции, то самозапуск целесообразен и для менее ответственных установок, остановка которых приводит к экономическому ущербу.

Исходная схема представлена на рис.5.1,схема замещения на рис.5.2.

Рис.5.1 Исходная схема.

Рис.5.2 Схема замещения электрической сети.

Из [11] выпишем каталожные данные для элементов исходной схемы и сведем их в таблицы:

Конспект лекций по дисциплине «Энергоэффективность и энергетический менеджмент»

страница 7/9
Дата 01.05.2020
Размер 1.75 Mb.
Тип Конспект лекций
    Навигация по данной странице:
  • Энергетический баланс предприятия
  • Формы учета энергии

Тема 6. Основы энергетического менеджмента

Организация, цели и функции энергетического менеджмента

При этом проблема энергосбережения не может быть решена только чисто техническими средствами. Для ее осуществления необходимо наличие системы управления получением и доставкой энергии потребителям, а также потреблением энергии различными потребителями. Эти управленческие задачи и призван решать энергетический менеджмент.

Энергетический менеджмент – это совокупность организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

Понятие энергетического менеджмента появилось сравнительно недавно в отечественной литературе. Энергоменеджмент, по сути, представляет собой грамотное, гибкое, непрерывное и научно обоснованное управление энергетическими ресурсами производства, начиная с уровня цеха и заканчивая предприятием, концерном, отраслью.

Основная задача энергетического менеджмента – проведение комплексного анализа энергопотребления и его изменения в зависимости от проводимых энергосберегающих мероприятий, включая учет, контроль и, в конечном итоге, минимизацию потребления топливно-энергетических ресурсов.

Являясь частью общего менеджмента, энергетический менеджмент повторяет его иерархическую структуру. Так, различают энергетический менеджмент макроуровня и энергетический менеджмент микроуровня. Энергетический менеджмент макроуровня включает управление рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов на межгосударственном, внутригосударственном, областном, районном, городском, отраслевом уровнях. Энергетическому менеджменту микроуровня соответствует управление на уровне предприятия, учреждения, фирмы, организации.

Каждому из вышеперечисленных уровней энергетического менеджмента соответствуют свои конкретные цели:

  • целью межгосударственного энергетического менеджмента является сохранение и рациональное использование мировых запасов энергетических ресурсов, поиск новых источников и форм энергии, сохранение окружающей среды;
  • цель внутригосударственного энергетического менеджмента – обеспечение энергетической независимости и безопасности, для стран СНГ – переход от энергозатратной к энергоэффективной экономике;
  • цель областного, районного, городского энергетического менеджмента — добиться минимального потребления топливно-энергетических ресурсов при обеспечении качества функционирования хозяйства и комфортных условий жизни населения соответствующих регионов;
  • цель отраслевого энергетического менеджмента – повысить производительность предприятий отрасли, не увеличивая при этом потребления топливно-энергетических ресурсов;
  • целью энергетического менеджмента предприятия является снижение энергетической составляющей в общей структуре затрат предприятия и, следовательно, обеспечение конкурентоспособности выпускаемой продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Функции энергетического менеджмента включают в себя:

  • взаимодействий с предприятиями – производителями энергии;
  • взаимодействие с энергоснабжающими организациями;
  • обработка информации об энергопотреблении по отдельным подразделениям;
  • подготовка предложений по энергосбережению;
  • запуск и управление энергосберегающими проектами;
  • работа с руководством и сотрудниками хозяйствующего субъекта по вопросам энергопотребления.

Достаточно широкий диапазон выполняемых функций диктует необходимость максимального приближения энергетического менеджмента к руководству субъекта хозяйствования и динамичного взаимодействия с ним. В противном случае энергетический менеджмент будет малоэффективным и не сможет обеспечить заданную цель – снижение потребления топливно-энергетических ресурсов.

Энергетический менеджмент включает в себя организацию оптимального функционирования и развития энергетической части любого производства на основе достижений науки, техники, технологии. В свою очередь, это и систематическое проведение энергоаудита (обследования) основного и вспомогательного производства, разработка конкретных рекомендаций и мероприятий по экономии электроэнергии с определением ожидаемых и требуемых средств, ответственность за проведение политики энергосбережения на предприятии, изучение достижений в области энергосберегающих технологий, разработка программ их внедрения на производстве с обоснованием экономической целесообразности энергосберегающих мероприятий, изучение и оценка достигнутых результатов.

Помимо вышеперечисленных мероприятий, энергоменеджер (специальность еще достаточно редкая для наших предприятий) разрабатывает стройную систему стимулирования энергосбережения и роста энергетической эффективности производства, несет ответственность за планирование и выполнение энергетических проектов, за закупку и внедрение энергетически эффективного оборудования.

Энергоменеджмент включает также в себя нормирование расхода энергетических ресурсов; разработку нормативов рационального расходования топлива; рационального отопления, охлаждения, теплопередачи, предотвращения теплопотерь, использования вторичных энергоресурсов, уменьшения потерь электроэнергии в сетях и т.д.

Энергоменеджмент — это, во-первых, не однократное мероприятие, а постоянная, кропотливая многолетняя (окупаемость программ энергосбережения не такая быстрая, как у чисто коммерческих проектов) работа по подготовке одних программ, исполнению и развитию других.

Так как большие проекты распадаются на ряд более мелких и конкретных, то вторым уровнем обязанностей энергоменеджера является согласование интересов собственного производства с возможностями партнеров, предлагающих реализацию мероприятий по энергосбережению.

Взаимодействие с региональными органами власти, общественными организациями, ведомствами по энергонадзору — третий уровень деятельности энергоменеджера.

Четвертым уровнем является четкое знание нормативно-правовых актов, требований стандартов, руководящих документов в сфере энергосбережения и эффективного энергопотребления.

Наконец, пятым уровнем деятельности энергоменеджера является непрерывное повышение собственной квалификации, постоянное изучение передового отечественного и зарубежного опыта проведения энергосберегающих мероприятий.

Иногда энергоменеджмент относят к числу задач общего управления и распространяют на этапы:

  1. проектирования;
  2. строительства;
  3. эксплуатации промышленных предприятий.

Первые два имеют ограниченную область воздействия из-за небольшого количества строящихся предприятий в сравнении с существующими и проявления эффекта в отдаленной перспективе.

Основная задача проектирования — ориентация на эффективные технологии, использование доступных по стоимости и поставкам энергоресурсов, сбалансированность межтехнологических энергетических циклов.

Строительство, монтаж, наладка оборудования требуют соблюдения норм с выходом на номинальные режимы работы.

Управление энергоиспользованием в условиях эксплуатации сложнее, так как затрагивает предприятия, имеющие разное время основания, условия комплектации оборудования и эксплуатации. Составляющие процесса управления энергоиспользованием следующие.

  1. Организационные основы:
  1. совмещение усилий технологических, энергетических и планово-финансовых служб;
  2. внедрение механизма действенного экономического стимулирования деятельности всех заинтересованных служб (получение и распределение экономической выгоды энергосбережения).

2. Исходные данные в задаче управления энергоисполъзованием. Нужны корректные характеристики процесса, нужны приборы и системы учета и контроля движения (приход, расход, трансформация) энергоресурсов и энергоносителей. Исходная информация о параметрах энергосбережения используется для контроля текущего режима, для ведения отчетности, коммерческих расчетов, анализа уровня эффективности энергопотребления.

3. Основные направления повышения эффективности энергоисполъзования.

  1. Улучшение качества исходного сырья и энергоресурсов: состава сырья (сушка, очистка), его физического состояния (помол, гранулирование, рассев), химического состава (обжиг, добавка пластификаторов, катализаторов) и т.д.;
  2. Техобслуживание и ремонт технологического оборудования: очистка рабочих поверхностей теплообменников, оптимизация гидравлических режимов теплосетей, устранение дефектов теплоизоляции, утечек воды, пара, сжатого воздуха, ремонт и замена изношенных элементов и т.д.;
  3. Рационализация и оптимизация режимов работы оборудования. При таких режимах расход топлива, энергии минимален;
  4. Использование вторичных энергоресурсов. Высокопотенциальные ВЭР (400—1000 °С) используют либо регенерацией (возвратом) в первоначальный процесс для нагрева более холодных элементов и /или установкой дополнительных устройств — котлов-утилизаторов;
  5. Модернизация и реконструкция. Наиболее результативное и самое дорогостоящее направление энергосбережения. Наиболее распространенные виды работ:
    • внедрение систем регулируемого электропривода для снижения расхода энергии;
    • замена осветительных ламп на более экономичные типы;
    • замена вентиляторов устаревшего типа новыми и внедрение систем автоматического управления для снижения расхода электроэнергии на вентиляцию;
    • организация систем оборотного водоснабжения для снижения расхода технологической воды;
    • замена поршневых компрессоров турбинными для снижения энергозатрат на выработку сжатого воздуха;
    • внедрение прогрессивных производственных технологий.

Энергетический баланс предприятия

Энергетический баланс промышленного предприятия является наиболее важной характеристикой энергетического хозяйства предприятия. Он составляется с целью выявления всех резервов экономии энергоресурсов.

Энергобаланс баланс добычи, переработки, транспортировки, преобразования, распределения и потребления всех видов энергетических ресурсов и энергии в производстве.

Энергобаланс является отражением закона сохранения энергии в условиях конкретного производства.

Энергетический баланс (энергобаланс) состоит из приходной и расходной частей.

Приходная часть энергобаланса содержит количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей (ископаемое топливо и ядерное горючее, газ, пар, вода, воздух, электрическая энергия). Расходная часть энергобаланса определяет расход энергии всех видов во всевозможных ее проявлениях, потери при преобразовании энергии одного вида в другой при ее транспортировке, а также энергию, накапливаемую (аккумулируемую), в специальных устройствах (например, гидроаккумулирующих установках).

Как и в любых других балансах, например, бухгалтерских, приходная и расходная часть энергобаланса должны быть равны.

Энергетический баланс показывает соответствие, с одной стороны, суммарной подведенной энергией и, с другой стороны, суммарной полезно используемой энергией и ее потерями. При составлении баланса рассматриваются все виды потребляемой на предприятии энергии: электроэнергия, газ, мазут, вода, пар и т.п. Потребление энергии на все цели на каждом участке предприятия измеряется количественно, кроме того, оцениваются и потери энергии.

Составление баланса производится на основе данных о фактическом потреблении энергии на конкретных участках данного предприятия (двигатели, электрооборудование, освеще-ние и т.д.). Для получения такой информации используются спе-циальные приборы – счетчики электроэнергии, газа, пара, воды и пр.

Изучение энергетических балансов дает возможность установить фактическое состояние использования энергии, как на отдельных участках предприятия, так и на предприятии в целом. Энергетический баланс позволяет сделать выводы об эффективности работы предприятия. После закрытия баланса должны быть выявлены точки, участки на предприятии, где можно сэкономить энергию.

В зависимости от вида и количества энергоносителей баланс может быть частным, составленным только для одного энергоносителя, либо сводным энергетическим балансом, составленным по суммарному потреблению всей используемых на предприятии энергетических ресурсов. При составлении частных энергетических балансов количественное измерение энергоносителей производится в джоулях (Дж, МДж, ГДж), киловатт-часах (кВтч), тоннах условного топлива (т.у.т.). При составлении сводного энергетического баланса измерение различных энергоресурсов и энергоносителей производится в тоннах условного топлива.

Основными видами энергии, потребляемой в промышленности, городском и сельском хозяйстве, являются тепловая и электрическая энергия. Поэтому составляют частичные энергобалансы — тепловые и электрические. Рассмотрим особенности составления электробалансов.

В условиях действующих предприятий энергобалансы составляются для отдельных агрегатов или их групп, цехов и предприятий в целом. На основе электробалансов выносится объективное суждение о качестве использования электрической энергии на данном предприятии, в производственных подразделениях или энергоемких агрегатах, выявляются возможности сокращения непроизводительного расхода электроэнергии, ее потерь, в результате чего планируются мероприятия по улучшению электроиспользования.

Различают три основных вида электробалансов:

1) фактические, отражающие сложившиеся в цехе или на предприятии производственные условия;

2) нормализованные, учитывающие возможности рационализации и оптимизации электропотребления и снижения потерь в механизмах и электрических сетях;

3) перспективные, составляемые с учетом прогнозируемого развития производства и его качественных изменений на ближайший период (до 5 лет) или на более длительный срок.

Один из важнейших результатов составления нормализованных электробалансов является возможность нормирования электропотребления на основные технологические процессы изготовления готовой продукции.

Главная цель электробаланса — определение степени полезного использования электроэнергии и поиск путей снижения потерь, рационализации электропотребления. Поэтому основным видом баланса следует считать баланс активной энергии, в основном определяющий реальный редким электропотребления и уровень использования электроэнергии.

Приходная и расходная части принимаются и учитываются по показаниям счетчиков активной энергии и расчетной мощности.

Расходная часть электробаланса активной электроэнергии делится на следующие статьи расхода:

1) прямые затраты электроэнергии на основной технологический процесс с выделением полезного расхода на выпуск продукции без учета потерь в различных звеньях энергоемкого оборудования производства (электрических печах, компрессорных и насосных установках);

2) косвенные затраты электроэнергии на основной технологический процесс вследствие его несовершенства или нарушения технологических норм;

3) затраты электроэнергии на вспомогательные нужды (вентиляцию помещений цехов, цеховой транспорт, освещение);

4) потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения (трансформаторах, реакторах, линиях);

5) отпуск электроэнергии посторонним потребителям (столовым, клубам, магазинам).

Задачами составления электробаланса являются:

  • нахождение расхода электроэнергии по статьям 2, 3, 4, 5 с тем, чтобы выделить расход на основную продукцию предприятия;
  • определение действительных удельных норм расхода электроэнергии на единицу продукции предприятия;
  • выявление возможности сокращения как непро-изводительных расходов электроэнергии (ст. 2, 3, 4, 5), так и рас-ходов на выпуск основной продукции путем проведения различ-ных мероприятий, совершенствующих технологический процесс.

Составление свободного нормализованного электробаланса — завершающий этап анализа фактического баланса предприятия. Нормализованный электробаланс служит основой для оценки резервов экономии электроэнергии на предприятии.

Общие резервы экономии электроэнергии подразделяются на текущие ΔWT, осуществляемые с малыми затратами в текущем периоде, и перспективные ΔWn, реализация которых возможна в более отдаленной перспективе (3—5 лет и более) за счет проведения мероприятий, требующих дополнительных затрат.

Текущие резервы определяются сравнением фактического электробаланса объекта с его электробалансом, составляемых на базе технически обоснованных отдельных потерь.

Текущие резервы экономии энергии:

ΔWT = ∑ (ΔWqoi – ΔWhi)

где п число мероприятий, направленных на снижение потерь;

ΔWqoi и ΔWhi — потери электроэнергии в каждом i-м объекте соответственно до и после проведения мероприятий.

Перспективные резервы определяются сравнением двух нормализованных электробалансов — технически и экономически обоснованного (перспективного) WЭК:

В зависимости от назначения энергетические балансы могут характеризоваться следующими показателями:

  • расчетным периодом (отчетные балансы по фактическим данным за прошлый период, плановые на ближайший планируемый период с учетом заданий по снижению затрат энергии, проектные, составляемые при проектировании объекта и т.д.);
  • стадией энергетического потока (производство, преобразование, распределение, конечное использование энергетических ресурсов);
  • видом энергоносителя (например, частные энергобалансы по отдельным видам потребляемых энергоносителей, сводные энергобалансы по суммарному потреблению энергии).

Для составления и анализа энергетического баланса предприятия исходная информация может быть представлена в виде следующих данных:

  • общей производственной и энергетической характеристики предприятия (объемы и номенклатура выпускаемой продукции, ее себестоимость с выделением энергетической составляющей и т.п.);
  • описания схемы материальных и энергетических потоков;
  • перечня и характеристик основного энергоиспользующего оборудования;
  • данных о расходах энергоносителей;
  • данных о работах по рациональному использованию энергии на предприятии.

Схема материальных и энергетических потоков сопровождается описанием видов и параметров энергоносителей, состояния использования вторичных энергетических ресурсов, системы учета и контроля расхода энергии и энергоносителей.

Анализ энергетического баланса состоит в качественной и количественной оценке состояния энергетического хозяйства предприятия.

Анализ использования энергоносителей может быть произведен путем сравнения фактических показателей с нормативными, фактическими за предыдущий период, перспективными, аналогичными на других предприятиях. При этом сравнение показателей должно проводиться с учетом условий сопоставимости (при одинаковых объемах производства, составе и качестве продукции и т.п.).

Эффективность использования энергии в установке можно характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), который определяется по формуле:

где: Эпол — количество полезно использованной энергии,

Эподв – количество подведенной энергии.

При оценке эффективности использования энергоресурсов на предприятии суммируются как количество использованной, так и количество подведенной энергии на всех установках для различных видов энергоносителей.

В результате изучения энергетического баланса производится оценка такого важного показателя эффективности энергоиспользования, как удельный расход энергии на производство продукции.

Формы учета энергии

1) с помощью измерительных приборов;

2) расчетным способом;

3) опытно-расчетным способом.

Всякая форма учета предполагает:

  • регистрацию первичных показателей количества и качества всех видов энергии, как вырабатываемой и отпускаемой на сторону, так и получаемой со стороны и расходуемой на предприятии.
  • оперативный учет расхода энергии с помощью приборов учета в соответствии с утвержденными технически обоснованными нормами ее расхода;
  • внесение на основании показаний измерительных приборов поправок на параметры энергоносителей, полученные расчетным путем;
  • определение расхода энергии расчетным способом по тем цехам и производственным участкам, где по каким-либо причинам отсутствуют приборы учета.

Регистрация первичных показателей энергоносителей и их оперативный учет, а также первичный учет нагрузок производится по показаниям измерительных приборов (самопишущих или периодической записи). Эти показатели фиксируются в первичной документации учета энергии.

К первичной документации учета энергии относятся: суточные ведомости эксплуатации агрегатов, вахтенные (оперативные) журналы, графики нагрузок, программы самопишущих приборов и др. Первичная документация учета должна содержать информацию, на основании которой составляется энергетический баланс и технический отчет по эксплуатации, а также включать первичные показатели, характеризующие качество обслуживания оборудования и его техническое состояние. Все показатели первичной документации фиксируются в суточных ведомостях не реже чем через 0,5—1 ч.

Кроме первичных документов учета энергии на промышленном предприятии должны вестись вторичные документы, которые отражают итоговые и средние показатели работы оборудования и персонала за смену и сутки. Вторичная документация — это суточные рапорты по эксплуатации установок и энергохозяйства, ведомости (рабочие тетради). На основании данных вторичной документации составляются месячные энергобалансы, квартальные технические отчеты по эксплуатации, подводятся итоговые показатели и их анализ.

Наиболее точным и прогрессивным является учет с помощью соответствующих контрольно-измерительных приборов. Все другие способы являются вспомогательными и применяются в основном для распределения расхода энергии между потребителями, имеющими общий учет.

Расчетный способ учета энергии не дает точных сведений о расходе энергетических ресурсов и применяется в тех случаях, когда установка приборов не требуется.

Опытно-расчетный способ учета рекомендуется применять, когда установка приборов учета на данном объекте экономически не оправдана, а расчетный способ не обеспечивает достаточной точности учитываемых энергоносителей. Этот способ учета основан на сочетании разовых замеров энергетических показателей контрольно-измерительными приборами и дальнейшем определении их расчетным путем.

Михайлов В. В. Тарифы и режимы электропотребления

В книге рассматриваются основные системы тарифов на электроэнергию и их влияние на режим электропотребления и нахождение оптимальных режимов в целях выравнивания графиков нагрузки энергосистем. Описаны системы учета электроэнергии. Первое издание книги вышло в 1974 г. Во втором издания внесены изменения и дополнения, соответствующие новым направлениям в энергетике. Для инженерно-технических работников, специализирующихся в области электроснабжения промпредприятий и общей энергетики.

Содержание книги «Тарифы и режимы электропотребления»

Глава первая. Графики электрических нагрузок. 1.1. Графики нагрузок потребителей к формирование графика электроэнергетических систем 1.2. Покрытие графиков нагрузок электроэнергетических систем 1.3. Накопители энергии в электроэнергетических системах 1.4. Экономика производства электроэнергии

Глава вторая. Тарифы на электрическую энергию. 2.1 Основные виды тарифов 2.2. Тарифы на электроэнергию, используемые за рубежом 2.3. Анализ систем тарифов 2.4. Поправки к тарифам 2.5. Прейскурант СССР на электрическую и тепловую энергию 2.6. Организация перехода с одного вида тарифа на другой 2.7. Тарифы на энергию (и топливо) и рациональное использование энергетических ресурсов

Глава третья. Регулирование режимов электропотребления. 3.1. Экономические предпосылки регулирования режимов электропотребления 3.2. Уплотнение графиков нагрузки электроэнергетических систем 3.3. Потребители-регуляторы 3.4. Энергетическая эффективность регулирования режимов электропотребления 3.5. Регулирование режимов электропотребления и повышение использования основных промышленно-произ-водственных фондов 3.6. Регулирование режимов электропотребления и снижение капитальных затрат в народном хозяйстве. 3.7. Народнохозяйственная оценка регулирования электропотребления

Глава четвертая. Оптимизация режимов электропотребления промышленных предприятий. 4.1. Оптимизация режимов электропотребления с учетом тарифов 4.2. Оптимизация режимов электропотребления по минимуму расхода энергетических ресурсов 4.3. Оптимизация режимов электропотребления при ограничениях.

Глава пятая. Системы учета, контроля и управления потреблением электрической энергии.

Электробалансы и повышение эффективности режимов электропотребления промышленных предприятий

Электробаланс и оценка режимов электропотребления

Электробаланс коммунального предприятия состоит из прихода и расхода электрической энергии (активной и реактивной). В приход включается электроэнергия, полученная от энергосистемы и выработанная электроустановками предприятия. Учет ведется по показаниям электросчетчиков. Расходная часть электробаланса активной электроэнергии делится на следующие статьи расхода:

— Прямые затраты электроэнергии на основные технологические процессы объектов ЖКХ, потребителями.

— Косвенные затраты на основные технологические процессы вследствие их несовершенства или нарушения технологических норм.

— Затраты энергии на вспомогательные нужды (вентиляция, освещение и др.).

— Потери в элементах системы электроснабжения (трансформаторах, линиях, компенсирующих устройствах, двигателях и др.).

— Отпуск посторонним потребителям (столовые, клубы, поселки, магазины, транспорт).

В зависимости от специфики обследуемой организации набор статей может быть различным, могут отсутствовать часть статей.

Полученный в результате анализа удельный расход электрической энергии должен быть отнесен на единицу выпускаемой продукции ( Гкал отпущенного тепла, м 3 воды) и сопоставлен с показателями других передовых предприятий.

Задачей составления электробаланса является:

— Выявление и нахождение расходов энергии по статьям 2, 3, 4, 5 с целью четкого выделения ее расхода на основную продукцию коммунального предприятия ( на выработку и распределение 1 Гкал, на 1 м3 очищенной воды и т.п.).

— Выявление микрорайонов с дефицитом электрической мощности, перегруженными сетями и др.

— Определение удельных норм расхода электроэнергии на единицу продукции предприятия (кВт час/Гкал, кВт час/м 3 ) и сравнение с аналогичными затратами других предприятий.

— Выявление возможности сокращения нерациональных расходов энергии путем проведения различных мероприятий по усовершенствованию технологических процессов и снижения нерациональных вспомогательных затрат.

Необходимо также провести экономический анализ режимов суточного электропотребления и режимов работы оборудования с целью определения экономического эффекта от перехода на двухтарифный режим оплаты за пользование электрической энергией. При этом может оказаться целесообразным изменение графика работы отдельного технологического оборудования (сместить на ночной период время включения скважинных насосов, подающих воду в емкости второго подъема, и др.).

Энергетический баланс: общая характеристика

Для выявления всех резервов экономии энергоресурсов необходимо составлять энергетический баланс (энергобаланс).

Энергобаланс – баланс добычи, переработки, транспортировки, преобразования, распределения и потребления всех видов энергоресурсов и энергии в производстве. Энергобаланс является отражением закона сохранения и превращения энергии в условиях конкретного производства.

Термин «энергетический баланс» означает полное количественное соответствие (равенство) в данный момент времени между приходом и расходом всех видов энергетических ресурсов топлива и энергии в энергетическом хозяйстве.

Энергетический баланс (ЭБ) состоит из двух частей: расходной и приходной. Приходная часть содержит количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей. Расходная часть определяет расход энергии всех видов во всевозможных ее применениях, потери при преобразовании одного вида в другой и при ее транспортировке, а также энергию, накапливаемую (аккумулируемую) в специальных устройствах.

При составлении ЭБ различные энергоресурсы и виды энергии приводятся к единому измерителю. Этим измерителем являются тонны условного топлива (т у. т.) или джоули (Дж).

Все виды энергии, входящие в ЭБ, как правило, выражаются в т у. т., при этом используются следующие соотношения:

1) 1000 м 3 газа = 1,15 т у. т.;

2) 1000 кВт×ч = 0,28 т у. т.;

3) 1 Гкал = 0,175 т у. т.

ЭБ предназначен для решения следующих основных задач:

— планирования энергоснабжения предприятий;

— отчетности о потреблении и использовании энергоресурсов на предприятии;

— оценки фактического состояния энергоиспользования на предприятии, выявления причин возникновения и определения потерь энергоресурсов и энергоносителей;

— выявления и оценки резервов экономии топлива и энергии, разработки плана мероприятий, направленных на снижение потерь энергоресурсов;

— совершенствования методики нормирования, разработки норм расхода топлива и энергии на производство продукции.

В основу составления ЭБ действующего промышленного предприятия должны быть положены результаты энергоаудита – обследования энергетического хозяйства, технологических и энергетических характеристик оборудования.

Для проектируемых предприятий ЭБ составляется на основе технологических и проектных разработок.

ЭБ позволяет выделить из общего расхода энергии ее полезно израсходованную часть и потери по их составляющим и тем самым выявить КПД технологического процесса, агрегата, цеха, завода.

Виды энергетических балансов

По классификационным признакам ЭБ предприятий представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Классификация энергетических балансов промышленных
предприятий

Классификационный признак Виды балансов
Назначение Отчетные (синтетические, аналитические), плановые (нормализованные, оптимальные), перспективные, прогнозные
Виды энергоносителей Частные, сводные
Объекты изучения Отдельных видов технологического оборудования (агрегатов), цехов и ПП в целом
Принципы составления Синтетические, аналитические, нормализованные, оптимальные
Принципы оценки использования топлива и энергии Энтропийные, эксергетические

Отчетные ЭБ отражают фактические показатели производства и потребления топлива и энергии в истекшем периоде, а также фактический уровень их использования. На основе этих ЭБ можно контролировать энергопотребление предприятия и выполнение соответствующих плановых показателей.

Отчетные (фактические) ЭБ делятся на синтетические, показывающие распределение подведенных и распределенных энергоносителей внутри предприятия, и аналитические. Исходными данными для составления синтетических ЭБ служат материалы эксплуатационного приборного учета и контроля, материалы испытаний, обследований, контрольных замеров и хронометрирования работы оборудования.

Синтетический ЭБ является документом, на основании которого ведется анализ фактического состояния энергетического хозяйства предприятия. В процессе такого анализа также устанавливаются и исследуются связи энергетики и основного производства, влияние энергетики на основные показатели хозяйственной деятельности предприятия (рентабельность, производительность труда, себестоимость продукции, фондовооруженность и т. д.) определяются показатели, характеризующие совершенство энергетических объектов и предприятия в целом.

Однако такой баланс не выявляет степень полезного использования энергоресурсов. Глубину и характер использования подведенных энергоносителей отражают так называемые аналитические фактические ЭБ.

Характеристика использования различных энергоносителей на предприятии должна отражаться в сводной форме аналитического ЭБ. При этом исходной величиной, подлежащей распределению по статьям полезного использования и потерь, является фактическое потребление данного вида энергии, взятое из синтетического баланса. Аналитический баланс может служить основой для оценки энергетической эффективности рассматриваемых процессов, показателями которой являются энергетические КПД.

Основной формой планирования энергопотребления и энергоиспользования на предприятии являются плановые ЭБ, разработка которых осуществляется на основе анализа отчетных балансов отдельных процессов, цехов и предприятия в целом. При этом выявляются и оцениваются энергетические потери и резервы экономии энергоресурсов, а также определяются мероприятия реализации скрытых резервов экономии топлива и энергии. Составленные на основе аналитических балансов с учетом технических мероприятий по рационализации энергохозяйства плановые балансы называются нормализованными.

Нормализованные ЭБ строятся с учетом следующих факторов: возможностей дальнейшего совершенствования ЭБ агрегатов и процессов за счет сокращения потерь, интенсификации режима работы, рационализации энергоиспользования, внедрения новой техники и технологии; ликвидации прямых потерь топлива и энергии на всех стадиях производства, распределения и использования энергии; определения наиболее рациональных направлений использования побочных энергоресурсов; выбора наиболее рациональных энергоносителей для данного предприятия и района его размещения. При составлении нормализованных ЭБ исходят из прогрессивных нормативов полезного потребления и потерь энергии, соответствующих условиям производства.

Основная задача оптимального баланса заключается в определении варианта энергоснабжения ПП, при котором план выпуска продукции выполняется с минимальными затратами. В отличие от нормализованных оптимальные балансы учитывают технико-экономические характеристики энергоснабжения района размещения предприятия. Основными показателями для составления оптимальных ЭБ являются затраты по использованию топлива и энергии в технологических и энергетических процессах производства [15]. Оптимальные ЭБ могут составляться по нескольким критериям:

— минимум расхода топлива;

— минимум суммарных затрат на производство продукции и т. д.

§ 3.3. Методы составления энергетических балансов.
Балансы электроэнергии

Рассмотрим методы составления балансов электроэнергии для различных установок, цехов и предприятий. Электробалансы позволяют судить о степени полезного использования электроэнергии, расходуемой отдельными агрегатами, и их группами, цехами или предприятиями в целом. Особый интерес представляет доля электроэнергии, затрачиваемая на прямые технологические нужды. Составление балансов электроэнергии (БЭЭ) осуществляется смешанным расчетно-экспериментальным методом по показаниям счетчиков активной электроэнергии и по расчетной мощности.

Расчетный метод предусматривает определение расхода энергии на технологические нужды и всех видов потерь по формулам, использующим нормативные характеристики оборудования в конкретных условиях его эксплуатации. Этот способ дает хорошие результаты при составлении БЭЭ агрегатов непрерывного действия или продолжительного режима работы (компрессоров, вентиляторов, воздуходувок, электрических печей и нагревателей, транспортеров и т. д.). При расчете электроэнергии на технологический процесс для механического оборудования вычитаются потери энергии в агрегатах и сетях из энергии, израсходованной приводными двигателями, т. е. измеренной электросчетчиками.

Все виды потерь энергии в агрегатах (постоянные, нагрузочные, пусковые), а также в сетях и трансформаторах определяются расчетом с использованием результатов измерений потерь холостого хода и пусковых потерь в агрегатах, нагрузочных токов в элементах цеховых сетей.

Следует отличать потери энергии в агрегатах и электрических сетях, которые неизбежны при преобразовании энергии и обусловлены их конструктивными данными, от дополнительных, вызываемых несоответствием номинальных мощностей агрегатов их фактической технологической нагрузке или нерациональными режимами эксплуатации. При составлении БЭЭ и их анализе учитываются обе эти составляющие потерь, однако основные возможности экономии электроэнергии заложены в сокращении дополнительных потерь [15].

Балансы отдельных агрегатов и цехов следует относить к смене и характерным рабочим суткам. Для предприятия в целом рекомендуется составлять годовые БЭЭ, при этом учитывается работа цехов, производственных и культурно-бытовых подразделений в праздничные и выходные дни.

Баланс электроэнергии по цеху получают суммированием аналогичных статей расходной части БЭЭ питающих шинопроводов (последние образуются балансами технологических агрегатов). В отличие от БЭЭ отдельных технологических установок цеховые балансы целесообразно составлять как в дифференциальной, так и в структурной форме. Кроме того, требуется учитывать также баланс реактивной энергии, т. к. его приходная часть частично формируется компенсирующими устройствами (регуляторами реактивной мощности, автоматизированными конденсаторными установками), размещенными в отдельных цехах, и синхронными двигателями, работающими с опережающим током (табл. 3.2).

В расходной части цехового БЭЭ должны быть учтены статьи, отражающие общецеховое электропотребление осветительными и вентиляционными установками, подъемно-транспортным оборудованием, а также потери в цеховой сети и цеховых трансформаторах.

Последнее изменение этой страницы: 2020-09-19; Нарушение авторского права страницы

Электробалансы и повышение эффективности режимов электропотребления промышленных предприятий

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.

Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Добро пожаловать!

На правах рукописи

ДОРОШЕВ Юрий Степанович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальности: 05.09.03 – «Электротехнические

комплексы и системы»

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В.В.Куйбышева) на кафедре горной электромеханики.

доктор технических наук, профессор А.И.Сидоров.

доктор технических наук, профессор Казаринов Л.С.;

доктор технических наук, профессор Карякин А.Л.;

доктор технических наук, профессор Карандаев А.С.

Защита состоится « 26 » ноября 2009 года в 10 часов в ауд. 1001 на заседании диссертационного совета Д 212.298.05 при Южно-Уральском государственном университете.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета: 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76,
тел. (351)267-91-23, факс (351)267-90-65, Email: prorector@susu.ac.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан 24 сентября 2009 г.

д.т.н., проф. Усынин Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Угольная промышленность является базовой, образует цепочку последующих зависимых отраслей: энергетика, металлургия, станкостроение и т.д. Поэтому проблемы в угольной промышленности, в той или иной мере, перекладываются на экономику всей страны. Наиболее острыми являются проблемы обновления основных фондов. Анализ всех типов карьерных, шагающих и роторных экскаваторов, задействованных в производстве, показывает, что средневзвешенный возраст среднестатистического экскаватора составляет более 17 лет. Нормативный срок службы экскаваторов составляет 15 – 18 лет. Как следствие – повышенная аварийность, уменьшение межремонтных циклов, увеличение затрат на техническое обслуживание (ТО). Усугубляют проблему усложнение горно-геологических условий, увеличение удельного энергопотребления, экологических и социальных издержек производства, условий безопасности производства, отсутствие должного финансирования, изменение производственных отношений.

Эффективность эксплуатации электрооборудования горных предприятий предполагает минимизацию затрат на его содержание и ремонт при максимальной производительности и соблюдении безопасных условий труда обслуживающего персонала. Повышение эффективности эксплуатации электрооборудования связано с решением комплекса проблем, обусловленных определением фактического электропотребления с учетом особенностей технологических процессов на предприятии, определением фактических режимных параметров с последующим установлением рациональных режимов работы электроустановок, определением и текущим контролем фактических потерь в распределительных сетях, контролем текущего состояния электроустановок технологических комплексов и обеспечением их безопасной эксплуатации, создания систем мониторинга и функциональной диагностики технического состояния с целью оперативного принятия решений по проведению ремонтных мероприятий, либо мероприятий по восстановлению работоспособности элементов и узлов электрооборудования. В связи с этим, возникает необходимость перехода на более прогрессивную систему ТО, которая уже внедряется на предприятиях ряда отраслей промышленности – обслуживания по фактическому состоянию (ОФС). Идея ОФС состоит в минимизации (устранении) отказов путем отслеживания и распознавания технического состояния оборудования методами неразрушающего контроля по совокупности его эксплуатационных характеристик.

Одним из элементов электрооборудования горных предприятий являются распределительные сети. Результаты исследований свидетельствуют о необходимости решения нескольких проблем, связанных с канализацией активной мощности и генерацией и перераспределением реактивной мощности. Фактические нагрузки карьерных экскаваторов значительно отличаются от номинальных (всегда в меньшую сторону), а общая генерируемая синхронными двигателями реактивная мощность превышает потребности в ней остальных электроприемников разреза, что приводит к нерациональным потерям активной мощности, как в распределительных сетях, так и в самих синхронных двигателях. В этой связи необходима разработка научно-методических положений по оптимизации режимов электрического оборудования, уменьшению потерь в линиях, их аналитического расчета и регистрации приборами контроля.

На современных экскаваторах и перерабатывающих комплексах установленная мощность электрооборудования достигает 20 МВт, что по мощности сравнимо с крупными промышленными предприятиями. Но, в отличие от промышленных предприятий, электрооборудование на горных комплексах сконцентрировано на небольшой площади, что создает благоприятные предпосылки для их оборудования комплексной защитой. Выход из строя любого из множества электродвигателей вспомогательных приводов приводит к остановке всего комплекса.

Основным видом технического обслуживания машин и механизмов, применяемым в промышленности в настоящее время, является планово-предупредительное техническое обслуживание по назначенному ресурсу, а не по результатам диагностирования. Время назначенного ресурса Тр зависит от времени жизни наиболее подверженных износу компонентов, таких, например, как подшипниковые узлы. Процедура ППР существенно уменьшает вероятность аварии, но не предохраняет механизм от неожиданных повреждений в межремонтный период, а переборки только ускоряют износ узлов. Кроме того, необоснованные переборки вносят новые непредвиденные дефекты: перекосы осей, повышенные или заниженные зазоры, загрязнения и прочие технологические дефекты, сокращающие срок жизни машины, что требует проведения дополнительных ремонтных работ и, соответственно, дополнительных затрат. Затраты на содержание и ремонт оборудования предприятий увеличиваются по мере его эксплуатации и могут составлять величину, на порядок выше стоимости нового оборудования.

Стоимость ремонта экскаватора за период эксплуатации превышает затраты на его изготовление примерно в 10 раз. Однако, как показывает практика, фактические нагрузки могут значительно отличаться от расчетных либо регламентируемых. Более того, разборки оборудования, осуществляемые по регламенту планово-предупредительных ремонтов (ППР), сокращают реальный межремонтный период в среднем на 15 – 30%. Это обусловлено тем, что в реальных условиях не существует сильной взаимосвязи между сроком эксплуатации и техническим состоянием (ТС) оборудования, если не присутствуют эрозийные формы износа и разрушения деталей, линейно связанные со сроком службы.

Решение комплекса вопросов по развитию теоретических основ и методов повышения эффективности функционирования электрооборудования горных предприятий является научной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение, внедрение которой может внести значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Объект исследования электрооборудование угольных разрезов как многоаспектная научно-производственная система.

Цель работы – повышение эффективности эксплуатации электрооборудования угольных разрезов путем комплексного обоснования рациональных параметров, технических средств и режимов работы с учетом его фактического технического состояния.

Идея работы заключается в использовании результатов системного анализа фактических параметров и условий эксплуатации электрооборудования угольных разрезов для разработки методов и технических средств, позволяющих повысить эффективность его функционирования.

Методы исследований. Выполнение работы осуществлялось на основе использования сравнительно широкого комплекса методов исследований, объединяемых системным подходом и включающего

  • анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований в области определения удельных нагрузок, режимных параметров электрооборудования, защитных устройств, теоретических методов расчета потерь электроэнергии, методов неразрушающего контроля технического состоянии горного оборудования;
  • логические оценки и заключения (практически на всех стадиях выполнения работы и формирования ее разделов и подразделов);
  • теоретические исследования (при разработке методики исследований, способа определения удельных потерь, схемы многоканального защитного устройства, определении режимов возбуждения синхронных двигателей преобразовательных агрегатов);
  • экспериментальные исследования (при установлении удельных нагрузок, фактических значений режимных параметров);
  • аппараты теории вероятностей и математической статистики, теории планирования эксперимента, теоретических основ электротехники.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту

  1. Измерения и регистрацию комплекса режимных параметров высоковольтного горного электрооборудования следует производить на основе многопараметрической системы с использованием разработанных автором методических основ и принципов, позволяющих получать достоверные данные в условиях ограниченной информации.
  2. Новые параметрические модели электропотребления карьерных экскаваторов, учитывающие особенности горно-геологических условий и технологию ведения горных работ.
  3. Повышение эффективности функционирования карьерных экскаваторов обеспечивается установкой рациональных параметров сетевых двигателей преобразовательных агрегатов с учетом их фактической активной нагрузки и потребной для индуктивной нагрузки фидерных линий генерируемой реактивной мощности.
  4. Методика выбора параметров высоковольтных гибких кабелей с учетом их фактических срока службы, токовых нагрузок, сезонной температуры окружающей среды региона и технико-экономических показателей производства.
  5. Способ определения и регистрации нагрузочных потерь электроэнергии в распределительных сетях карьеров по удельным потерям активной мощности на головном участке сети и эквивалентному значению коэффициента потерь распределительной сети.
  6. Способ безопасной эксплуатации технологического комплекса, основанный на применении многоканального многопараметрического защитного и диагностического устройства.
  7. Методические принципы организационно-технологической системы технического обслуживания, построенной на основе оценки фактических режимных параметров, современных методов неразрушающего контроля, вибромониторинга и виброналадки вращающегося оборудования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами анализа необходимого для получения достоверной информации объема статистического материала, на основе которого получены зависимости и показатели, используемые в расчетных методах; использованием современных методов математической статистики и планирования экспериментов; сопоставлением результатов расчетов с фактическими данными; применением аналитического и графоаналитического методов; положительными результатами практической реализации разработок, приведенных в диссертации.

Научная новизна и значимость работы

  1. Разработана методика проведения многопараметрических экспериментальных исследований на основе системы регистрации режимных параметров электрооборудования горных предприятий в условиях ограниченной информации.
  2. Установлены закономерности формирования удельных электрических нагрузок карьерных одноковшовых экскаваторов и их энергетические характеристики как корреляционные зависимости между электропотреблением и определяющим его технологическими факторами.
  3. Разработана методика графо-аналитического построения U-образных и рабочих характеристик синхронных двигателей преобразовательных агрегатов карьерных одноковшовых экскаваторов и теоретически обоснованы режимы возбуждения этих двигателей в соответствии с их фактическими нагрузками и экономичного распределения реактивной мощности между электроприемниками фидерных линий по условию минимума потерь электроэнергии.
  4. Установлены аналитические зависимости, позволяющие осуществлять выбор параметров высоковольтных гибких кабелей: длин в зависимости от технико-экономических показателей предприятия и сечений токоведущих жил в зависимости от фактических токовых нагрузок, срока службы и сезонной температуры окружающей среды региона.
  5. Теоретически обоснован способ определения удельных потерь электроэнергии в распределительных сетях горных предприятий по канализируемой головным участком активной мощности и эквивалентному значению коэффициента потерь распределительной сети.
  6. Разработан способ обеспечения безопасной эксплуатации технологического комплекса с помощью многоканального многопараметрического защитного устройства.
  7. Обоснованы методические основы проведения мониторинга технического состояния, функциональной диагностики вращающегося оборудования горнодобывающих комплексов, предложена поэтапная система мероприятий перехода на новую технологию обслуживания электрооборудования угольных разрезов по его фактическому техническому состоянию.

Практическое значение работы

  1. Разработанные методика и многоканальная система измерения и регистрации режимных параметров позволяют осуществлять комплексные экспериментальные исследования по одновременной регистрации нескольких режимных параметров электрооборудования горных предприятий в различных условиях эксплуатации.
  2. Методика определения рациональных режимов возбуждения синхронных двигателей карьерных экскаваторов в зависимости от их фактической нагрузки позволяет уменьшить потери активной мощности в распределительных сетях за счет рационального перераспределения реактивной нагрузки, а также за счет уменьшения затрат активной мощности на генерацию реактивной.
  3. Методика выбора оптимальных параметров высоковольтных гибких кабелей позволяет повысить эффективность их использования за счет увеличения токовых нагрузок и снизить затраты на сооружение внутрикарьерных кабельных линий.
  4. Предложенный способ определения относительных потерь электроэнергии в распределительных сетях обеспечивает мониторинг фактических потерь электроэнергии в зависимости от существующей топологии сети и канализируемой головным участком активной мощности.
  5. Одно многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок позволяет осуществлять несколько видов защит, а также диагностику компактно расположенных электроприемников технологического комплекса.
  6. Инженерная методика акустического неразрушающего контроля технического состояния и виброналадки вращающегося горного электрооборудования позволяет увеличить межремонтные интервалы и осуществлять постепенный переход на новую технологию технического обслуживания по фактическому состоянию горного электрооборудования.

Реализация результатов работы. При непосредственном участии автора все основные результаты выполненных исследований и разработок получили поэтапную практическую реализацию, начиная с конца 80-х годов минувшего столетия.

Начало использования многоканальной системы регистрации режимных параметров относится к 1987-88 годам на Читинском машиностроительном заводе при анализе влияющих факторов на электропотребление завода (в данной работе результаты исследований не приводятся).

На последующих этапах производились экспериментальные исследования в объединении ОАО «Приморскуголь» на угольном разрезе «Павловский-2», где были внедрены технические мероприятия по оптимизации режимов возбуждения синхронных двигателей карьерных экскаваторов. Далее эксперименты по определению удельных нагрузок и энергетических характеристик одноковшовых экскаваторов проводились в условиях Лучегорского угольного разреза с последующим внедрением результатов. Затем на этом же разрезе производились исследования режимных параметров карьерных экскаваторов и реализация мероприятий по рациональному перераспределению реактивной мощности в распределительных сетях.

Опытные образцы многоканального защитного устройства были внедрены на котельной Павловского угольного разреза и на дробильном комплексе Лучегорского угольного разреза, техническая документация передавалась в объединение «Дальвостуголь» (ныне ООО «Амурский уголь»).

Начиная с 2004 года возобновились работы на Лучегорском угольном разрезе по определению фактического технического состояния экскаваторного парка и разработке методов поэтапного перехода на новую систему технического обслуживания горного электрооборудования с применением современных технических средств неразрушающего контроля технического состояния вращающегося горного электрооборудования. В результате установлены единичные и комплексные показатели качества и эмпирические модели технического состояния карьерных экскаваторов, созданы и внедрены рабочие методики акустического неразрушающего контроля технического состояния и виброналадки вращающегося горного электрооборудования (многоплоскостной балансировки роторов электрических машин в собственных опорах), организована служба технической диагностики в составе отдела главного механика, осуществляющая мониторинг технического состояния горного электрооборудования и его виброналадку.

Расчетный годовой экономический эффект от рационализации режимов работы синхронных двигателей только одного типа экскаватора составляет в ценах 2002 года около 80000 рублей. Реализация мероприятий по организации мониторинга технического состояния и функциональной диагностики позволяет при 1% капитальных затратах и 2% эксплуатационных от стоимости основных фондов получать рентабельность 500%.

Все защищаемые научные положения и результаты экспериментальных исследований нашли отражение в учебных пособиях, монографиях и внедрены в учебный процесс горного института ДВГТУ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы в целом и ее отдельные положения докладывались, обсуждались и получили положительные оценки на ежегодных научно-практических конференциях и расширенных заседаниях кафедры горной электромеханики, на курсах повышения квалификации руководящего состава горных предприятий при горном институте ДВГТУ, на технических совещаниях при главном инженере Лучегорского угольного разреза, на Международных научных симпозиумах “Неделя горняка-2000, 2002”, на V11 международной конференции «Современные технологии обучения «СТО-2001» Санкт-Петербург, на международной конференции стран АТР «Совершенствование технологии добычи, обогащения и переработки угля», Владивосток, 2002, на региональных научно-технических конференциях «Молодежь и научно-технический прогресс», ДВГТУ, 1988 — 2004, на 11 международной конференции стран АТР «Совершенствование технологии добычи, обогащения и переработки угля», Владивосток, 2004, на пятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» Благовещенск, 2008, на «Вологдинских чтениях», Владивосток, 1998 — 2008, на 1, 2, 3, 4 международных научных конференциях «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР», Владивосток, 2001 – 2008, на международных научных чтениях «Приморские зори – 2009», расширенном заседании кафедры электроснабжения Читинского государственного университета , 2009.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 51 печатных работах, в том числе в двух монографиях, трех учебных пособиях (в соавторстве); в изданиях, рекомендованных ВАК — 8 и 4 патентах на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, изложенных на 306 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 32 таблицы, библиографический список использованной литературы из 239 наименований и 3 приложения.

Основное содержание работы

Методические основы исследований режимов электропотребления карьерных экскаваторов и нормирования расхода электроэнергии на экскаваторные работы.

Проблемами исследования закономерностей электропотребления занималось большое количество ученых, среди которых следует выделить школы Л.В. Гладилина, Б.П. Белыха, Б.И. Заславца, С.А. Волотковского, В.К. Олейникова, В.И. Щуцкого, С.Д. Волобринского, Л.А. Плащанского, А.М. Маврицына, В.Г. Соболева, А.З.Николайчука, М.И.Озерного, П.Л. Светличного, В.С. Виноградова, А.А. Сыроватко, Ю.Г. Бацежева, В.В. Дегтярева, В.А. Голубева, А.В. Ляхомского, Б.Н. Авилова-Карнаухова, И.В. Гофмана, П.П. Мирошкина, А.Х. Салиникова и др.

Однако существующие в настоящее время методы нормирования и планирования электропотребления в горной промышленности не могут считаться достаточно обоснованными, поскольку, как правило, в большей степени субъективны и слабо связаны с производственной программой предприятия и теми изменениями, которые происходят в процессе её реализации. Кроме того, однофакторные модели электропотребления не учитывают некоторые существенные параметры технологического процесса экскавации горной массы.

Также следует отметить, что нормы удельного электропотребления на различных горных предприятиях могут существенно отличаться, так как зависят от конкретных условий производства каждого предприятия, в частности, от технологии добычи, горно-геологических, климатических условий и др.

Научно обоснованные нормы должны базироваться на результатах теоретических и экспериментальных исследований, анализе электробалансов, выявлении и количественной оценке взаимосвязей между электропотреблением и технологическими параметрами с применением методов теории вероятностей и математической статистки.

В данной работе проведен анализ режимов электропотребления и норм расхода электроэнергии на экскаваторные работы некоторых типов экскаваторов с помощью электробалансов и энергетических характеристик. Значение первых состоит в том, что на их основании устанавливают фактические соотношения в потреблении электроэнергии, а также взаимосвязи энергетики с технологическим процессом; значение вторых в том, что они отражают зависимость между расходом электроэнергии и выпуском продукции в единицу времени, при учёте влияния важнейших факторов производства, определяющих этот расход и значение одной из важнейших составляющих в себестоимости продукции.

Для проведения экспериментов была использована упрощенная экспериментальная установка, включающая только два измерительных преобразователя – активной и реактивной мощности и многоканальный автоматический потенциометр.

Проведение экспериментальных исследований режимов электропотребления процесса экскавации горной массы целесообразно проводить в периоды наиболее загруженных смен. Выбор смены в качестве отрезка времени для снятия замеров объясняется рядом причин. Установлено, что необходимая точность измерений энергопотребления механизмом может быть получена лишь при достаточной длительности промежутка времени, за которое производится измерение. Только при выполнении этого условия могут быть выявлены реальные закономерности изменения среднечасового потока энергии W, удельного расхода электроэнергии технологическим процессом с учётом изменения различных влияющих факторов. Сменные отрезки времени позволяют рассматривать технологические процессы как установившиеся, т.е. учесть влияние на них как случайных, так и резкопеременных факторов. В то же время смена является наименьшим интервалом времени, характеризующим полный цикл технологических процессов, за который регистрируются различные технологические и производственные показатели, влияющие на работу оборудования.

Точечные графики, полученные в результате экспериментов, преобразовывались в непрерывные, затем подвергались дискретизации с установленным периодом; объем массива данных определялся по методам математической статистики для заданной погрешности измерений; массив данных подвергался статистической обработке на ЭВМ.

Обработка полученных в ходе экспериментальных исследований данных позволила определить средние значения затрат электроэнергии на различные технологические операции, по которым были составлены сменные электробалансы одноковшовых экскаваторов. Отвальные экскаваторы значительную долю электроэнергии (около 30 %) расходуют на разгрузку составов. Б льшая доля электроэнергии расходуется на переэкскавацию горной массы при строительстве земполотна. Таким образом, для одного типа экскаватора в условиях одного разреза, но занятых на различных работах, удельные нормы по статьям расхода значительно отличаются. Это связано с особенностями Бикинского месторождения и специфическими условиями разреза. Данные обстоятельства обусловливают необходимость определения удельных норм электропотребления по статьям расхода электроэнергии. Анализ сменных электробалансов позволил определить удельные нормы электропотребления по статьям расхода электроэнергии отвальных экскаваторов и при строительстве земполотна (табл.1 и табл.2).

Нормы расхода электроэнергии экскаваторами наиболее точно определяются на основе энергетических характеристик. Нормативные данные по удельным нормам не учитывают расход электроэнергии на прием породы, планировку земполотна, снятие плодородного слоя и другие вспомогательные операции, что приводит к существенному превышению фактических норм электропотребления над плановыми.

В настоящей работе энергетические характеристики экскаваторов рассматривались как корреляционные связи между электропотреблением и определяющим его технологическими факторами.

Удельные нормы электропотребления отвальных экскаваторов ЭШ-10/70

по статьям расхода электроэнергии

Удельная норма электропотребления,

Экскавация горной массы

Удельные нормы электропотребления экскаваторов ЭШ-10/70

на строительстве земполотна по статьям расхода электроэнергии

Удельная норма электропотребления,

Экскавация горной массы

Переэкскавация горной массы

В качестве технологических факторов, главным образом влияющих на электропотребление отвальных экскаваторов, были приняты сменная производительность Пр (тыс.м3) экскаватора при работе по приему породы и сменная производительность Пэ (тыс.м3) экскаватора при экскавации горной массы из приёмной ямы в отвал.

Количественные значения производительностей Пп и Пэ для отвальных экскаваторов и производительностей Пп и Пэ для экскаватора, работающего на строительстве земполотна, были включены как независимые переменные в многофакторные уравнения регрессии. Для экскаваторов типа прямая лопата в качестве энергетической характеристики принята однофакторная регрессивная модель, в которой независимой переменной является общая производительность П экскаватора, тыс.м3. Форма статистической связи между зависимой переменной (электропотреблением W экскаватора) и независимыми переменными (производительностями Пр , Пэ и П) во всех уравнениях регрессии (энергетических характеристиках) была принята линейной. Энергетические характеристики экскаваторов приведены в табл.3.

При расчёте удельного электропотребления на экскавацию горной массы учитываются горно-технологические условия Лучегорского разреза: фактические среднегодовое число часов работы, категория грунта и суммарные годовые производительности экскаваторов.

Энергетические характеристики экскаваторов

Исследование режимных параметров и научное обоснование критериев для организации энергосберегающих режимов работы карьерных экскаваторов.

Функционирование системы электроснабжения характеризуется значениями показателей ее состояния, называемыми режимными параметрами.

В той или иной мере в исследованиях режимных параметров горного электрооборудования принимали участие Б. Н. Абрамович, Ю.В. Коновалов, А. А. Буторин, В.П. Бухгольц, В.Л. Скрипка, П. П. Вершинин, А.В. Бугаенко, Н.А. Серебренников, В.И. Гордеев, Ф.Г. Гусейнов, О.С. Мамедяров, Ю.С. Железко, Ф.Ф. Карпов, Л.А. Солдаткина, И.И. Карташев, О.И. Кирилина, Н.А. Клименко, И.Н. Ковалёв, М.А. Осипов, Ю.А. Самохин, Г.В. Красник, Б.И. Кудрин, С.И. Малафеев, В.С. Мамай, А.М. Манилов, В.С. Орлов, А.В. Праховник, В.В. Дегтярёв, И.А. Сыромятников, А.А. Фёдоров, В.Ф. Шумилов, Н.И. Шумилова, В.А. Веников, И.В. Жежеленко и др.

Существующие методы определения расчетных электрических нагрузок дают значительные погрешности в сторону их завышения. На горнодобывающих предприятиях завышение нагрузок составляет от 27 до 350 %. Большинство экспериментальных исследований проводилось по определению отдельных параметров функционирования оборудования. Однако комплексных исследований по одновременной регистрации нескольких режимных параметров практически не проводилось.

В отличие от промышленных предприятий, где всегда существует дефицит в реактивной мощности, на угольных разрезах ее всегда избыток в связи с наличием большого парка экскаваторов с синхронными сетевыми двигателями, работающими в режиме перевозбуждения. Это приводит к значительному перерасходу активной мощности, затрачиваемой на генерацию реактивной и дополнительными потерями активной мощности в распределительных сетях разрезов. Определение фактических значений максимальных и минимальных нагрузок карьерных экскаваторов при экскавации и на холостом ходу, соотношения между потребляемой и рекуперируемой в сеть активной и реактивной мощностями сетевых двигателей и др. дают возможность разработать рекомендации по выбору рационального режима возбуждения синхронных двигателей экскаваторов с целью минимизации потерь мощности в распределительных сетях угольного разреза за счет перераспределения реактивной мощности между ее источниками (синхронными двигателями преобразовательных агрегатов карьерных экскаваторов) и потребителями (асинхронными двигателями и трансформаторами) фидерных линий.

Основные задачи экспериментальных исследований направлены на определение фактических значений в данных условиях эксплуатации различных эксплуатационных параметров горного электрооборудования – режимных параметров. Существует множество технических характеристик (параметров), определяющих техническое состояние электрооборудования.

Для выполнения задач экспериментальных исследований необходимо иметь данные об изменении нескольких режимных параметров. Поскольку исследования являются комплексными, необходима одновременная запись этих параметров. Кроме того, система должна обеспечивать необходимую точность регистрации и длительную непрерывную работу.

Рис. 1. Схема измерения и регистрации режимных параметров электрической сети

Перечисленным требованиям удовлетворяет система на основе серийно выпускаемых Витебским заводом электроизмерительной техники измерительных преобразователей (ИП) в совокупности с многоточечным (12 канальным) регистрирующим прибором типа КСП. Структурная схема системы представлена на рис. 1. Она состоит из подключенных к измерительным трансформаторам тока и напряжения девяти измерительных каналов: активной Р(t) и реактивной Q(t) мощностей, фазных (линейных) токов IА(t) , IВ(t) , IС(t), линейных напряжений UАВ(t) , UВС(t), UСА(t), частоты питающего напряжения fAB(t).

Все преобразователи предназначены для линейного преобразования различных режимных параметров трехфазных трехпроводных цепей переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0-5 мА на нагрузке 0-3 кОм.

В качестве регистрирующего прибора использовался 12-и точечный автоматический потенциометр типа КСПИ-037-ухл 4,2.

Выбор КСПИ обусловлен необходимостью одновременной регистрации девяти параметров — активной и реактивной мощностей, фазных токов, линейных напряжений и частоты. В целях заполнения всех 12-и входов потенциометра, сигнал от измерительного преобразователя активной мощности подается на параллельно подключенные входы I и 9, а реактивной — на входы 2 и 11.

Согласующее устройство — блок входных резисторов, экспериментально подобрано на основе термостабильных резисторов из расчета максимального отклонения указателя по шкале КСП-4 при подаче на входы максимальных сигналов измерительных преобразователей, т.е. 5 мА.

В процессе проведения экспериментальных исследований часто возникали сомнения по поводу достоверности маркировки концов трансформаторов тока и их коэффициентов трансформации. Данное обстоятельство обусловлено тем, что приключательные пункты, к которым производилось подключение системы измерения и регистрации режимных параметров, часто ремонтировались, могли меняться трансформаторы тока, а надписи концов оставлялись прежними. Доступ к этим трансформаторам тока в условиях подключенного к высоковольтной сети приключательного пункта невозможен. Кроме того, не на всех приключательных пунктах имелись трехфазные трансформаторы напряжения типа НТМИ, поскольку для питания защиты и вольтметра достаточно иметь один однофазный трансформатор типа НОМ-6. Поэтому в измерительной системе было предусмотрено использование двух однофазных трансформаторов для получения трехфазной системы линейных напряжений. Подключение двух НОМ-6 производилось с помощью отрезка высоковольтного кабеля типа КШВГ на выводные шпильки масляного выключателя. Для питания автоматического потенциометра и измерительных преобразователей требуется напряжение 220 В, которое также отсутствует на приключательных пунктах; для этой цели изготовлен специальный стабилизированный повышающий трансформатор СН 100/220 В.

С целью корректировки и правильного подключения системы к трансформаторам тока и напряжения были предприняты усовершенствования в системе измерения (установка переключателей П1 – П7, а также фазометра Э500), позволяющие не только менять позицию токов фаз А и С, но и изменять фазы этих токов на 180°.

При работе экскаватора возможны режимы рекуперации как активной, так и реактивной энергии. Поэтому в схеме экспериментальной установки предусмотрен сигнал смещения, который подаётся на вход каналов активной и реактивной мощности потенциометра КСП-4 от двух независимых источников питания, с помощью которых нулевая линия измерения мощностей P и Q смещается на середину диаграммной ленты.

Для оценки изменений показаний измерительных преобразователей при различных вариантах их подключений к трансформаторам тока и напряжения были приведены теоретические исследования и построены графики изменения активной и реактивной мощностей в зависимости от угла сдвига фаз между током и напряжением в соответствии с принятой системой векторных диаграмм токов и напряжений. Результирующий график зависимостей Р=f() представлен на рис.2. Эти графики наглядно демонстрируют, как могут изменяться показания активной мощности при правильной фазировке трансформаторов токов и напряжений и при ошибочных сочетаниях сопряженных векторов токов и векторов напряжений [], а также при шунтировании одного из токов при предполагаемом (или измеренном с помощью фазометра) значении угла (или cos).

В диссертации приведена подробная методика определения соответствия измеряемого значения активной мощности Р фактическому, которое должно определяться по формуле: , т.е. проведения многопараметрических экспериментальных исследований режимных параметров горного электрооборудования в условиях ограниченной информации о параметрах и схемах включения трансформаторов тока и напряжения.

Рис.2. График зависимостей Р=f() фазных токов и линейных напряжений

Полученные в результате экспериментов регистограммы режимных параметров высоковольтных электроприёмников подвергались ручной обработке для набора в массив данных. Для облегчения обработки соседние точки каждого режимного параметра соединялись разноцветными линиями, таким образом, дискретные графики преобразовывались в непрерывные. Фрагмент таких преобразованных регистограмм представлен на рис.3. Подобные регистограммы получены для экскаваторов типов ЭШ-20/90, ЭШ-15/90А, ЭШ-10(11)/70, ЭКГ-8И, ЭКГ-5А.

Рис.3. Фрагмент регистограммы режимных параметров

Для набора массива данных использовались наиболее характерные отрезки регистограмм, отображающие соответствующие режимы работы экскаваторов: «работа», «холостой ход», «шагание». Набранный массив представляет собой представительную выборку, обеспечивающую допустимое отклонение среднего арифметического значения режимного параметра в пределах ±3 %.

Массив представляет собой матрицу, в которой строки соответствуют текущим значениям параметров в конкретные моменты времени. В ходе проведения эксперимента также проводились дополнительные измерения с целью определения зависимости потребляемого тока I1 от различных токов возбуждения синхронных двигателей карьерных экскаваторов.

Результаты обработки экспериментальных данных для различных режимов работы карьерных экскаваторов переданы для практического использования на разрезы ОАО «Приморскуголь» и р/у «Лучегорское». Результаты обработки экспериментальных данных свидетельствуют о том, что фактические нагрузки экскаваторов отличаются от номинальных всегда в меньшую сторону от 25 до 50%. Т.е. можно говорить, что установленная мощность главных приводов экскаваторов значительно недоиспользуется. Однако режим возбуждения синхронных двигателей (СД) устанавливается как для номинального режима, что приводит к завышенной генерации реактивной мощности (РМ) и связанным с этим потерям активной мощности. В этой связи возникает необходимость установки токов возбуждения СД в зависимости от их фактических активных нагрузок и потребного количества в РМ на каждой фидерной линии.

При использовании СД в промышленности как источников РМ решаются следующие задачи: стабилизация напряжения, минимизация потерь электроэнергии, поддержание оптимального уровня коэффициента мощности в часы максимума активной нагрузки. Использование СД для стабилизации напряжения рационально при кратковременных набросах индуктивной мощности смежных приемников, когда допустимы кратковременные перегрузки по току ротора. При этом должен быть достигнут положительный эффект, связанный снижением воздействия СД на осветительную сеть или электроприемники, изменение напряжения которых сказывается на производительности труда. Для открытых горных работ эта проблема не является актуальной. Использование реактивной мощности СД для снижения потерь в распределительных сетях рассматривается в двух аспектах: определения реактивной мощности СД в часы максимума нагрузки энергосистемы для обеспечения предприятием контролируемой реактивной мощности в соответствии с договором на обеспечение электроэнергией и регулирование возбуждения при изменении собственной активной и смежной реактивной нагрузок. В настоящее время на угольных разрезах Дальнего Востока вопрос о поддержании оптимального коэффициента мощности не стоит в связи с проведением расчетов за электроэнергию по одноставочному тарифу. Что же касается оптимизации возбуждения СД в зависимости от их фактической активной и смежной реактивной нагрузок, то эта проблема является очень актуальной. Однако следует учитывать, что эффективность автоматического регулирования тока возбуждения может оказаться весьма малой при высокой эффективности использования СД как источника реактивной мощности. Как показывают исследования, экономическая целесообразность автоматического регулирования реактивной мощности в зависимости от смежной нагрузки возникает при суммарной активной мощности смежной нагрузки выше 1-5 МВт. На угольных разрезах индуктивная нагрузка на одном фидере с СД не достигает таких значений. Также следует учитывать, что минимум потерь СД достигается при постоянной реактивной мощности, если нагрузка на валу изменяется не менее чем на 50%. Нагрузка на валу СД карьерных экскаваторов резкопеременная, изменяется в широких пределах. Таким образом, для СД карьерных экскаваторов применять автоматическое регулирование тока возбуждения нецелесообразно. Достаточно устанавливать ток возбуждения в соответствии с требуемой от двигателя реактивной мощностью, используя режим пониженного возбуждения.

Для выбора рационального режима возбуждения необходимо иметь U-образные и рабочие характеристики синхронных двигателей. U -образная характеристика представляет собой зависимость тока статора от тока возбуждения при постоянных частоте, напряжении на выводах и полезной мощности на валу двигателя т.е. I1= f (IB) при Р1, U1, f1 = const.

Рабочие характеристики синхронных двигателей могут быть получены на основании U -образных и представляют собой зависимости различных параметров двигателя (мощностей полной и реактивной, тока статора, cos) от потребляемой активной мощности при различных токах возбуждения. Рабочие характеристики дают возможность выбора режима возбуждения в зависимости от фактических нагрузок синхронных двигателей при условии генерации требуемой реактивной мощности.

Справочные данные по синхронным двигателям также не содержат сведений для построения U -образных характеристик (в частности, значения синхронного индуктивного сопротивления х и ЭДС обмотки статора Е0). Вследствие этого возникает необходимость в разработке методики построения U -образных характеристик теоретическим путём на основании паспортных данных синхронных двигателей.

На основании известных выражений из теории электрических машин необходимые значения х и Е0 можно определить графическим методом (рис.4) и с помощью ЭВМ. В диссертации разработана методика определения индуктивного сопротивления х и построения U- образных характеристик как графическим методом, так и с помощью микроЭВМ.

Примеры построения U – образных и рабочих характеристик представлены на рис.5 и 6.

Графики рис.5 – 6 позволяют решать задачи по выбору режима работы синхронных двигателей как при отсутствии автоматических регуляторов, так и определения задающего воздействия для системы автоматического регулирования тока возбуждения. В частности, задачу определения тока возбуждения для фактических нагрузок в режимах «работа» и «холостой ход» таким образом, чтобы обусловить необходимую генерацию реактивной мощности. Либо определять, насколько изменится электропотребление экскаватора в одних и тех же условиях при изменении тока возбуждения. Например, из рис.5 видно, что при фактической нагрузке

Рис.4. Определение индуктивного сопротивления х и Е0 и построение U-образной характеристики графическим методом

Рис.5. U-образные характеристики синхронного двигателя экскаватора ЭШ-20/90

Рис.6. Рабочие характеристики синхронного двигателя экскаватора ЭШ-20/90

1250 кВт, зафиксированной при экспериментальных исследованиях, потребляемый ток изменяется от 125 до 175 А при изменении тока возбуждения от 230 до 270 А, при этом генерируемая реактивная мощность увеличивается от 370 до 1325 квар, т.е. изменение тока возбуждения на 17% вызывает изменение электропотребления на 40%. Если бы этот экскаватор работал при своей номинальной нагрузке (2500 кВт), то изменение электропотребления было бы не столь существенным – от 243 до 260 А, т.е. на 7%.

В работе введено понятие «совмещенного режима», при котором нагрузка активная и реактивная определяется из годового двухступенчатого графика с периодами работы в режимах «работа» Рр tp и «холостой ход» Рхх tхх.

Как показывают исследования электропотребления экскаваторов в структуре энергобалансов, холостой ход вместе со вспомогательными операциями занимает от 10 до 25% общего рабочего времени. Поэтому можно полагать txx 0,2 tp. В этом случае среднепотребляемая годовая активная нагрузка синхронного двигателя в совмещенном режиме работы РС = (РР + 0,2 РХХ)/1,2. При установке во время сезонных наладок тока возбуждения неизменным как для режима «работа» так и для режима «холостой ход», фактическая нагрузка пересчитывается по этому выражению и для РС находится ток возбуждения, который обеспечит в среднем за год либо нулевое потребления реактивной энергии, либо необходимую генерацию реактивной мощности, требуемую для компенсации индуктивной нагрузки в данной линии.

Таким образом, для повышения эффективности функционирования карьерных экскаваторов, необходимо иметь сведения о фактических нагрузках (активных и реактивных) электроприёмников данного фидера и режиме их работы (соотношении времени работы и холостого хода – двухступенчатом графике). В диссертации разработана методика определения экономической эффективности от оптимизации режима возбуждения сетевых двигателей карьерных экскаваторов для двухступенчатого графика нагрузки при условии отсутствия затрат на генерацию излишней реактивной мощности. Разработан алгоритм вычисления. По предложенной методике произведен расчет ожидаемого экономического эффекта от рационализации режима работы синхронных двигателей шести типов экскаваторов. В расчете использовались фактические нагрузки в режимах «работа» и «холостой ход», полученные в результате экспериментальных исследований в условиях разрезов «Павловский-2» ОАО «Приморскуголь» и «Лучегорский». Рассчитанный суммарный годовой экономический эффект только по шести типам экскаваторов при расчёте за электроэнергию по двухставочному тарифу составляет 244692 рублей (цены 2002 года), причем достигается такой эффект простым организационным мероприятием — изменением установки тока возбуждения на синхронных двигателях. Для экскаваторного парка только одного Лучегорского разреза, содержащего синхронные двигатели (это 40 экскаваторов из 53), годовой эффект может составить при двухставочном тарифе 1631280 рублей. Дополнительный эффект может быть получен за счет рационального перераспределения реактивной мощности между синхронными и асинхронными двигателями, подключенными к одной фидерной линии.

Известно, что передаваемые потребителям нагрузки по реактивной мощности необходимо покрывать так же, как и нагрузки по активной мощности, причем вместе с возникающими при их передаче потерями активной мощности в сетях. При этом возникают неблагоприятные технико-экономические последствия, решения которых являются комплексной, многосторонней проблемой. Учитывая специфические режимы распределительных сетей открытых горных работ уместно рассмотреть упрощенные варианты решения некоторых вопросов данной проблемы. Рассматривая синхронные двигатели как генераторы реактивной мощности, целесообразно решать задачу недопущения дефицита либо избытка реактивной нагрузки при минимуме приведенных затрат на ее генерацию и распределение. Оптимальное распределение реактивной нагрузки между ее источниками необходимо рассматривать для фактических нагрузок активной мощности синхронных двигателей. В диссертации предлагается методика распределения реактивных нагрузок в распределительных сетях, электрически связанных между собой, при условии минимальных потерь активной мощности при генерации реактивной синхронными двигателями и ее канализации к индуктивным потребителям.

Рациональные параметры высоковольтных гибких кабелей.

Кабельные линии в системе внутрикарьерного электроснабжения (ЭГК) являются очень важным элементом горного электрооборудования. Они обладают более высокими эксплуатационными качествами, чем воздушные линии: гибкостью и удобством в эксплуатации при мобильном характере горных работ, малыми затратами на переустройство, более простой защитой от атмосферных перенапряжений, меньшими потерями электроэнергии.

Однако кабели значительно дороже воздушных линий и, кроме того, фактический срок их службы составляет около одного года. Существующая методика выбора гибких кабелей не учитывает фактические сроки службы кабелей, обусловленные механическими повреждениями, ориентирована на максимальную годовую температуру окружающей среды и не учитывает технико-экономические показатели производства. Поэтому выбор сечения и длины экскаваторных кабелей – важная оптимизационная задача, решать которую следует в определенной последовательности.

Методы теплового расчета разработаны достаточно полно для кабелей стационарной прокладки, однако для ЭГК не существует приемлемой методики. Тепловой расчет сводится к решению критериальных уравнений теории теплопередачи (1), из которых определяется коэффициент теплопередачи h:

где — критерий Нуссельта при данной температуре шланговой оболочки кабеля и окружающего воздуха; — критерий Грасгофа при температуре оболочки и окружающего воздуха; — критерий Прандтля при температурах окружающего воздуха и оболочки кабеля, соответственно. Решение (1) позволяет получить суммарный коэффициент теплоотдачи при конвекции и лучеиспускании h = hк + hл :

где в – кинематическая вязкость воздуха; dк — внешний диаметр кабеля.

Величина потерь Qd, рассеиваемая с поверхности кабеля на единице длины и тепло Q, выделяемое в жилах кабеля на единице длины, определяются по формулам:

Q = (ж – d)/( р·G/2n) , (4)

где F – площадь поверхности единицы длины кабеля; р – удельное тепловое сопротивление резины; n – число жил кабеля; G – геометрический фактор.

Геометрический фактор G определяется конструкцией кабеля и вычисляется по формуле Симмонса:

G = (0,85 + 0,2 к)·ln[(8,3 – 2,2 к) mк + 1], (5)

где к — 2 / 1 , 1 и 2 – толщина шланговой оболочки и изоляции жилы кабеля, соответственно; mк = (1 + 2)/dж; dж – расчетный диаметр жилы.

Геометрические размеры ЭГК, рассчитанные по ГОСТ 9388-82, и построенные графики зависимостей геометрического фактора и внешнего диаметра кабеля от номинального сечения основных жил, позволили установить их линейную зависимость в диапазонах 10 – 50 и 70 – 150 мм2 что предопределяет линейный характер изменения нагрузочной способности ЭГК в этих диапазонах.

Совместное решение (4) и (5) дает выражение рассеивающей способности экскаваторных гибких кабелей:

Выражение (6) позволяет произвести тепловой расчет всех типоразмеров ЭГК типов КГЭ при различных температурах окружающего воздуха. Для определения нагрузочной способности ЭГК воспользуемся методом теории планирования эксперимента. Удовлетворяя требование независимости факторов, при проведении полного факторного эксперимента (ПФЭ) типа 23 применительно к (6), задействуем только факторы в, d и dк. Аппроксимируя целевую функцию (6) методом ПФЭ, получаем полином с кодированными значениями факторов:

Qd = 84,7 + 40,9-47,9+21,7- 4,1+ 10,6- 12,1- 0,9. (7)

Реализуя ПФЭ для (4) для подобластей 10 – 50 мм2 и 70 – 150, получаем полиномы:

ж = 87,9 + 15 +52,9 — 7,82 — 7,82, (10-50),

ж = 71,24 + 5,01 + 46,24 — 4,74 — 4,74. (70-150). (8)

Совместно решая (7) и (8), получаем:

Теперь имеется возможность получить зависимости нагрузочной способности ЭГК, используя формулу

подставляя в нее значения Qd из (9) и реализуя ПФЭ:

= 29421 + 19221+ 22080- 6566+14440- 4223+776+

=147772 + 43100 +116931 — 26463 +34121 -7587 +

4378 +1392, (70 — 150). (11)

Осуществляем переход из кодированных значений факторов в натуральные по формулам перехода, решая зависимости (11) относительно сечений жил кабелей qк, получим искомые выражения для выбора ЭГК, удобные для практического использования:

Максимальная разница между сечениями кабелей, полученными по данным формулам и регламентированными ПУЭ для номинальных параметров не превышает 1,7%.

Основываясь на ранее проведенных нами исследованиях, была разработана методика выбора оптимальных параметров высоковольтных гибких кабелей типов КГЭ: сечений токоведущих жил в зависимости от фактических токовых нагрузок, сезонной температуры окружающей среды региона, фактического срока службы и длины кабелей:

1. Определяется необходимая температура нагрева токоведущих жил ж, обеспечивающая старение изоляционных резин до предельного состояния за фактический срок службы tсл (дней), обусловленный механическими повреждениями:

Данная формула получена из расчета снижения эластичности (относительного удлинения) изоляционных резин при разрыве в процессе теплового старения до 100%, обеспечивающего безопасные условия эксплуатации и определенного при номинальной температуре среды.

2. Для повышения эффективности использования кабелей предлагается использовать две навески – для зимнего и летнего сезонов. Расчетная температура окружающей среды с определяется для зимней и летней навесок кабелей как сумма среднемесячной температуры см самого теплого месяца сезона и среднеквадратического отклонения с от этой температуры по климатическим справочникам для данного региона. Данное правило учитывает повторяемость появления аномальной температуры, т.е. превышающей см + с , с вероятностью не ниже 0,2.

3. Эффективные сечения qк экскаваторных высоковольтных кабелей для данного диапазона сечений определяются по формулам (12).

4. Вычисляют экономически целесообразные значения длины экскаваторного кабеля из условия минимума капитальных и эксплуатационных затрат:

где А, В, С – постоянные для данного экскаватора коэффициенты;

tпр – время простоя экскаватора при его переключении.

На рис.7 представлены графики зависимостей длин кабелей, навешиваемых на карьерные экскаваторы, от сечения токоведущих жил и нормы амортизации (срока службы). Верхний график соответствует сроку службы 1 год.

Рис.7. Оптимальные длины экскаваторных гибких кабелей в зависимости от их фактических сроков службы и технико-экономических параметров угольного разреза

5. Получаемая оптимальная длина кабельной линии должна быть увеличена на длину участка кабеля, прокладываемого в направлении, поперечном фронту горных работ (например, с уступа на уступ).

6. Общая длина кабельной линии должна удовлетворять условию обеспечения допустимого уровня напряжения в наиболее тяжелом для него режиме работы (при пуске). Нами обосновано, что экономически в 10 – 20 раз более целесообразнее обеспечивать допустимые потери напряжения в сети путем изменения сечения воздушных линий электропередач, а не кабелей. Проверка параметров сети электроснабжения — сечений qл и длины Lл воздушных линий по допустимой потере напряжения при пуске (до 42% от Uном) осуществляются по формулам:

где Iн – номинальный ток синхронного двигателя, А; Lк – общая длина кабеля, км; Lл – длина ЛЭП от источника питания до приключательного пункта, км.

Обоснование научно-методических положений по определению и контролю удельных потерь электроэнергии в распределительных сетях карьеров.

Передача электроэнергии по распределительным сетям сопровождается потерями активной мощности в резистивных элементах. Фундаментальные исследования в этой области проводили Г.М. Каялов, С.Е. Гродский, Б.А. Князевский, В.С. Лившиц, Н.В. Копытов, А.А. Ермилов, И.М. Маркович, Ю.Л. Мукосеев, А.А. Федоров, В.С. Виноградов, Л.В. Гладилин, А.М. Маврицын, Н.А. Мельников, Б.П. Белых, Б.И. Заславец, С.А. Волотковский, В.И. Щуцкий, В.Н. Винославский, В.В. Дегтярев, Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко, Н.В. Гончарюк, Ю.И. Галактионов и др.

Тенденция роста энергопотребления обязательным условием ставит требование соблюдения рациональных режимов использования электроэнергии и минимизации потерь. Абсолютные потери мощности, определяемые для конкретной электроустановки или системы, не позволяют судить об эффективности мероприятий по снижению потерь. Универсальной характеристикой в этом плане могут быть относительные (удельные) потери мощности (энергии), позволяющие регламентировать уровень потерь для различных электрических систем. Удельные потери каждого элемента системы могут быть определены по отношению к мощности головного элемента с использованием коэффициента потерь элемента системы kni = 1 – i , где i — КПД элемента системы.

Задачи повышения эффективности производства при экономном расходовании топлива и электроэнергии обусловливают необходимость четкого планирования расхода электроэнергии с учетом потерь в распределительных линиях. На потери энергии в целом по сети и ее элементов в первую очередь влияют соотношения активной и реактивной мощности и топология сети. Задача определения потерь электроэнергии встречается в различных постановках, и в общем случае является сложной многоаспектной проблемой.

В горной промышленности распределительные сети не являются сложно-разветвленными. При необходимости они могут быть легко эквивалентированы к радиальным линиям, предприятие же в основном интересует доля потерь в общем расходе электроэнергии, учтенной счетчиком на фидерной линии.

Достаточно точные методы расчета потерь предложены Г.М.Каяловым. Если известны пределы изменения нагрузок Р и Q, то целесообразно определять коэффициенты формы для этих пределов, суммируя затем потери для всего промежутка времени Т. Однако в формулах присутствует эквивалентное значение линии R, которое при неизменной топологии сети изменяется как в зависимости от изменения нагрузки, так и изменения температуры окружающей среды. При эквивалентировании сети по активным сопротивлениям изменение температуры нагрева проводников только на 10 0С приводит к изменению сопротивления на 4,04 %.

Значительно в меньшей степени зависит от нагрузки и температуры окружающей среды КПД элемента системы — КПД электроустановок изменяется незначительно при достаточно широком отклонении их режима от номинального. При этом потери электроэнергии изменяются значительно – пропорционально канализируемой мощности. Кроме того, невозможно использовать абсолютные значения параметров для сравнения эффективности работы различных по рабочим параметрам электроустановок, сетей и систем электроснабжения. В этом случае появляется возможность создания измерительного комплекса, содержащего программируемые элементы, с помощью которого можно регистрировать как текущие, так и среднеквадратические значения относительных потерь электроэнергии в исследуемой сети или электроустановке.

Критерий эффективности использования электроэнергии по удельным потерям может быть использован для выявления очагов повышенных потерь, сравнения вариантов в технических расчетах. Отсутствие информации о действительных текущих потерях электроэнергии способствует росту безучетных потребителей и увеличению коммерческих потерь. Кроме того, общая картина рационального распределения электроэнергии на предприятии затушевывается, невозможно выявить очаги повышенных потерь без детальных технико-экономических расчетов, что не всегда возможно в силу указанных выше причин. Таким образом, наряду с развитием теоретических методов расчета потерь электроэнергии, возникла настоятельная необходимость в создании оперативных систем технического, а также коммерческого учета потерь электроэнергии. Наличие подобных систем позволит регламентировать на отдельных энергоемких производствах наряду с удельными нормами потребления электроэнергии удельные нормы потерь электроэнергии.

Разрабатываемые системы измерения текущих потерь мощности основаны на применении устройств телемеханики, позволяющих измерять потери вычитанием активной мощности в начале и конце линии. Создание системы оперативного технического учета потерь представляется целесообразным с использованием существующей и минимальным количеством дополнительной измерительной аппаратуры на основе предложенного в диссертации способа определения относительных потерь электроэнергии (АС СССР №1339455). Сущность способа заключается в том, что измеряют значение относительных потерь электроэнергии в линии на головном участке сети:

где W — абсолютные потери электроэнергии за период времени Т; W — активная электроэнергия, передаваемая по линии электропередач за период времени Т; kф — коэффициент формы графика нагрузки; Rл – эквивалентное активное сопротивлении линии; сos – средневзвешенное значение коэффициента мощности сети.

Полагая W = РТ, где Р – среднее значение активной мощности, получаем:

Фактические значения коэффициента b были получены в результате измерений режимных параметров на угольном разрезе «Павловский-2». Для различных экскаваторов значения b лежат в пределах от 0,005 до 0,1 и для конкретного экскаватора определяется в наибольшей степени значением коэффициента формы графика нагрузки kф. Поскольку исследованиями школы Б.П.Белых доказано, что для конкретного типа экскаватора и вида работ kф является величиной статистически постоянной, также можно говорить и о статистически постоянном значении коэффициента b для конкретных видов экскаваторов и работ (характерного графика нагрузки данной фидерной линии). Значения kф и сos для данной фидерной линии должны быть определены экспериментально. В этом случае мгновенные абсолютные потери легко определяются по канализируемой мощности на головном участке сети и могут быть учтены счетчиком потерь аналогично счетчику активной энергии, а относительные потери за промежуток времени Т – на основании затраченной за этот промежуток времени активной энергии. Созданный в стране агрегатный комплекс электроизмерительной техники (АСЭТ) позволяет реализовать выражения с помощью унифицированных функциональных узлов либо посредством цифровых микропроцессоров, например, контроллера TMS03Cоntrol или S7-200 производства SIEMENS. Данное решение представляется наиболее целесообразным, поскольку исключает необходимость индивидуальной разработки приборов и дает возможность перейти к типовому проектированию. В диссертационной работе предлагается один из возможных вариантов системы оперативного учета потерь электроэнергии, составленной из унифицированных элементов АСЭТ. При этом эквивалентирование сети возможно как по величинам активного сопротивления элементов сети, так и по величинам предлагаемого в работе коэффициента потерь kni = 1 – i.

Для последовательно соединенных элементов системы можно написать:

Р Р1 Р(1-1) Р2 ( Р- Р1)(1- 2) (Р-)(1- n-1) Рn

Общие потери определятся по формуле:

Для двух параллельно включенных элементов системы справедливо следующее:

P1=I1U(1-1) сos1= I1U сos1kn1;

P2=I2U(1-2) сos2= I2U сos2kn2;

где kу1 и kу2 — коэффициенты участия первого и второго элементов в канализации мощности головным участком сети.

При сos1 сos2 сos:

P=P1+P2 = I1U сos1kn1+ I2U сos2kn2=

Для n параллельно включенных элементов:

В работе произведен анализ влияния различных режимных параметров на нагрузочные потери, определяемых по предлагаемому методу на головном участке сети.

Изменение уровня напряжения в узлах сети позволяет судить о нагрузочных потерях, но, являясь следствием изменения нагрузки системы, не является независимым режимным параметром в определении потерь. Отклонения напряжения на элементах сети не вызывает дополнительных потерь, не учтенных при определении потерь по канализируемой мощности головным участком сети.

Несимметричные режимы работы электрической системы обусловливают появление дополнительных потерь в линиях за счет тока обратной последовательности. Эти потери составляют доли процента от номинальных нагрузочных потерь.

Несинусоидальные режимы электрической системы, вызывая появление высших гармоник в сети, обусловливают появление дополнительных потерь, основная доля которых определяется токами нулевой последовательности. Удельные потери от высших гармоник даже в случае значительного отклонения kнс от нормированного значения не превышают долей процента номинальных потерь.

Диэлектрические потери в высоковольтных сетях горнорудных предприятий обусловлены низким качеством изоляции и составляют существенную долю в общих потерях электрической сети.

Все виды дополнительных потерь в сети канализируются головным участком сети и могут быть определены по активной мощности этого участка и эквивалентного коэффициента потерь сети.

Новые технические средства повышения эффективности функционирования технологических комплексов

Значительный вклад в развитие и совершенствование защит электродвигателей внесли ученые А.И. Шалин, А.К. Белотелов, А.В. Булычев, В.К. Ванин, В.И. Ветров, А.О. Грундулис, В.П. Ерушин, В.И. Когородский, С.Л. Кужеков, В.Ф. Минаков, Л.Б. Паперно, И.П. Тимофеев, А.В. Портнягин, И.Ф.Суворов, А.М. Авербух, Г.Г. Гимоян, Р.М. Лейбов, В.А. Андреев, Г.И. Атабеков, В.Л. Фабрикант, Я.С. Риман, Н.В. Чернобровов, Л.В. Гладилин, В.М. Лозовой, А.М. Федосеев, Е.В. Бондаренко, М.А. Беркович, М.Л. Голубев, Р.С. Рабинович и др.

В развитых странах подавляющее большинство устройств защиты выполняется на базе микропроцессоров. В нашей стране число микропроцессорных устройств защиты составляет порядка 0,12% от общего количества. Несмотря на распространенное мнение, что переход на микропроцессорную элементную базу релейной защиты в России неизбежен, сбрасывать со счетов защитные устройства на электромеханических реле еще достаточно продолжительное время нельзя. В случае же использования гибридных защит с применением достаточно простых и надежных полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров) с внедрением элементов самоконтроля исправности, индикации о произошедшей аварии, а также применения централизованных устройств, обеспечивающий необходимый набор защит для всего технологического комплекса – такое решение может привести к ожидаемым результатам. На современных горных предприятиях, особенно на открытых разработках, эксплуатируются высокомеханизированные комплексы, установленная мощность электрооборудования достигает 20 МВт, что по мощности сравнимо с крупным промышленным предприятием, но в отличие от промышленных предприятий, электрооборудование сконцентрировано на небольшой площади, что создает благоприятные предпосылки для их оборудования комплексной защитой. В горнодобывающей промышленности выход из строя любого двигателя вспомогательных агрегатов в большинстве случаев приводит к остановке всего технологического комплекса, поэтому целесообразно иметь одно защитное устройство, реагирующее на изменение параметров любого чувствительного элемента, необходимым набором которых снабжены все двигатели комплекса. Разработка структурной схемы и параметров подобного защитного для всего технологического комплекса является актуальной научной и практической задачей.

Попытки создать универсальную защиту для асинхронных двигателей предпринимались постоянно, но эта задача оказалась достаточно сложной. Анализ существующей тенденции перехода защитных устройств на новую элементную базу показал, что внедрение микропроцессорных защитных устройств в горнодобывающую промышленность представляется очень проблематичным в силу сложных условий эксплуатации горной техники (случайный, резкопеременный характер формирования нагрузок, затяжные пуски мощных сетевых двигателей, глубокие провалы напряжения, мощные электромагнитные возмущения, большие колебания температур и влажности, вибрация, запыленность и т.п.). Ремонт или переналадка микропроцессорной техники в полевых условиях практически невозможны. Поэтому актуальными остаются задачи расширения функциональных возможностей о повышения надежности работы релейных защитных устройств.

В работе предложена классификация причин возникновения аварийных режимов АД, дана характеристика анормальных режимов их работы и классификация средств защиты. Особого внимания заслуживает неполнофазный режим, поскольку на его долю в горной промышленности приходится наибольший процент аварий (до 50%).

Специфика работы электродвигателей горного оборудования, в силу их компактного расположения, невысокой кратности максимального момента и высоким сопротивлением, соизмеримым с сопротивлением питающей сети, обусловливает более тяжелые условия неполнофазного режима по сравнению с общепромышленными установками. При обрыве линейного провода в цепи одного из двигателей токи обратной последовательности появляются в цепи остальных электродвигателей, что значительно ухудшает работу всего технологического комплекса.

Промышленностью выпускаются защитные устройства от несимметричных режимов работы на пассивных и активных элементах, однако их установка регламентирована ПУЭ лишь в порядке исключения для двигателей, защищенных предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, если двухфазный режим ведет к выходу двигателя из строя с особо тяжкими последствиями. Это обусловлено экономической нецелесообразностью установки защиты по стоимости, сравнимой со стоимостью самого двигателя. Кроме того, все эти защиты имеют существенный недостаток – отсутствие самоконтроля исправности.

Наиболее совершенными схемами защит от неполнофазных режимов являются фильтровые защиты токов и напряжений обратной последовательности. Схемы защит с применением фильтров тока или напряжения симметричных составляющих по сравнению с простыми защитами имеют то преимущество, что они реагируют не только на количественные изменения электрических параметров защищаемой установки, но и на их качественные изменения.

Одним из основных элементов фильтровой защиты является чувствительный элемент — фильтр напряжения или тока обратной последовательности. Фильтры напряжения обратной последовательности можно применять для электродвигателей различной мощности и режимов работы и для них не требуются трансформаторы тока, необходимость применения которых для большой группы электродвигателей технологического комплекса практически невозможно реализовать. В работе был проведен графо-аналитический анализ работы фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП) с целью повышения его чувствительности и выбора управляющего сигнала для защитного устройства с самоконтролем исправности.

Проведенный анализ работы ФНОП в различных режимах, а также патентный поиск по кл. Н 02Н 7/08, позволили сконструировать устройство для защиты трехфазных электроустановок от анормальных режимов работы. По данному устройству получен патент РФ №2027273. Схема одного из вариантов опытных образцов представлена на рис.8.

Устройство выгодно отличается от аналогичных наличием самоконтроля исправности, адаптацией для применения с различными коммутационными аппаратами без изменения их схем управления, возможностью защиты электроустановок различной мощности, а также контроля несимметрии линейных напряжений сети. Дополнительно устройство обеспечивает возможность контроля порядка чередования фаз и наличие анормального режима при повторном включении коммутационного аппарата на анормальный режим.

Рис.8. Принципиальная схема опытного образца защитного устройства

Опытные образцы данного устройства находили свое внедрение на подстанциях и в котельной угольного разреза «Павловский-2» ОАО «Приморскуголь».

Область применения этого устройства ограничена его использованием с отдельной трехфазной электроустановкой либо с групповым коммутационным аппаратом. Однако возникновение анормального режима отдельной электроустановки в группе может не вызвать отключение группового коммутационного аппарата в силу невозможности отстроить изменение режима работы отдельной электроустановки от нормальных изменений режимов работы группы электроустановок. Установка же подобных защитных устройств, несмотря на их простую схему и небольшую стоимость, на каждую электроустановку в группе экономически нецелесообразно. В силу этих причин нами было разработано многоканальное устройство защиты, предназначенное для технологического комплекса – несколько компактно расположенных электроустановок, связанных между собой непрерывностью технологического процесса (т.е. выход из строя любой электроустановки требует отключение всего технологического комплекса). Причем в качестве чувствительных элементов в данном устройстве могут быть использованы различные датчики, реагирующие на появление любых анормальных режимов работы любой электроустановки в группе. В данной схеме заложен принцип построения универсального защитного и диагностического устройства технологического комплекса, которое может быть реализовано и на микропроцессорной основе. Диагностические функции данного устройства реализуются на основе использования в качестве чувствительных элементов миниатюрных дифференцирующих индукционных преобразователей тока, а в качестве вторичных приборов – анализаторов спектра гармонических составляющих потребляемого электроустановкой тока с последующей фильтрацией гармоник, характеризующих вид и степень развития различных дефектов электрических машин. На данное устройство, схема которого представлена на рис.9, получен патент РФ №2258291.

Рис.9. Принципиальная схема многоканального устройства защиты от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок

1–групповой коммутационный аппарат; 2 — коммутационные аппараты электроустановок; 3– датчики анормальных режимов; 4 – группа электроустановок; 5, 6 – кнопки «Пуск» и «Стоп» дистанционного включения; 7 – катушка дистанционного включения; 8 – катушка расцепителя группового коммутационного аппарата; 9 – тиристор; 10 – переменный резистор; 11 – исполнительное реле; 12 – диод; 13 – конденсатор; 14 – трехфазный двухполупериодный выпрямитель; 15 – реле времени; 16 – промежуточные реле; 17 – диод; 18 – резистор; 19 – размыкающие контакты промежуточных реле; 20 – устройство фазировки; 21 – вольтметр; 22 – фильтр напряжения обратной последовательности; 23 –замыкающий контакт исполнительного реле; 24 – размыкающий контакт реле времени; 25 – размыкающий контакт исполнительного реле; 26 – замыкающий контакт реле времени; 27 – блок-контакт коммутационного аппарата

В опытном образце в качестве датчиков были использованы только фильтры напряжения обратной последовательности.

Опытный образец пятнадцатиканального устройства защиты был установлен на дробильном комплексе Лучегорского угольного разреза, имеющего 12 технологически связанных электродвигателей различной мощности (три канала устройства остались не задействованы). Пробное включение дробильного комплекса и его дальнейшая эксплуатация даже при затяжном пуске главного двигателя дробилки и значительном симметричном снижении линейных напряжений не приводили к срабатыванию защитного устройства. Искусственное создание неполнофазного режима на любом присоединении (электродвигатели различной мощности) вызывало срабатывание УЗ. Устройство также, как и в предыдущем случае, обладает самоконтролем исправности, адаптацией для применения с различными коммутационными аппаратами без изменения их схем управления, возможностью защиты электроустановок различной мощности, а также контроля несимметрии линейных напряжений сети. Дополнительно устройство обеспечивает возможность контроля порядка чередования фаз и наличие анормального режима при повторном включении коммутационного аппарата на анормальный режим.

Рациональная организационно-технологическая система технического обслуживания горных предприятий.

Увеличение эффективности, надежности и ресурса, а также обеспечение безопасной эксплуатации машин и механизмов тесно связано с необходимостью оценки их технического состояния. Это и определило формирование нового научного направления — технической диагностики, которое получило особо широкое развитие в последнее десятилетие. Возникает необходимость перехода на более прогрессивную систему ТО, которая уже внедряется на предприятиях ряда отраслей промышленности – ОФС. Надежность большинства механического и электромеханического оборудования напрямую определяется вращающимися узлами и деталями, испытывающими высокие динамические нагрузки и подверженными наибольшему износу. Именно с этим связано особое внимание специалистов к вопросам функциональной диагностики подобных узлов (вибродиагностики), а также спектрального анализа токовых нагрузок. Переход на прогрессивные технологии технического обслуживания связан с решением целого комплекса проблем – технических, организационных, социальных, создания автоматизированных систем управления техническим обслуживанием.

В число комплекса вопросов по повышению уровня безопасности и эффективности эксплуатации горного оборудования входят как технические, так и организационные мероприятия. Причем организационные мероприятия по существу являются технологическими аспектами и, как правило, дают наибольший экономический эффект. В то же время внедрение новых технологий возможно только на базе современных методов и технических средств неразрушающего контроля технического состояния оборудования.

В настоящее время сложилась ситуация, когда наряду с появлением высокоточных технических средств измерения и обработки режимных параметров узлов и механизмов, имеем чрезвычайно важную проблему обеспечения надежности и безопасности практически уже изношенного горного оборудования. По ГОСТ 18353-79 имеются девять видов, включающих более 50 методов неразрушающего контроля. В то же время основные фонды в горнодобывающих отраслях России уже амортизированы на 90%.

Нами проводились исследования аварийности экскаваторного парка (всего 53 экскаватора) Лучегорского угольного разреза. Для анализа технического состояния экскаваторного парка Лучегорского угольного разреза были использованы статистические материалы – ежесуточные отчеты начальников смен, в которых фиксировались причины и время простоев горного оборудования. Были проанализированы отчеты за 758 суток. Для каждого экскаватора построены диаграммы аварийности (модели технического состояния) основных узлов и механизмов в виде

МА = а Кан + b СД + с ГП + d ЦУ + е Каб + f Ко + g Пно + h ВВ + k МО +

+ l РК + m Кон + n С + f И,

где латинские буквы перед сокращениями узлов и механизмов – доля отказов узла или механизма в общем потоке аварий на экскаваторе. Например, для одного из экскаваторов (ЭШ-11/70 №10) эта модель выглядит следующим образом: МА = 18Кан + 25СД +1ГП +17ЦУ + 8Ко +10Пно +3ВВ +1МО +17С. Следует отметить, что ни одна из 53 моделей не повторяет другую, т.е. каждый экскаватор «болеет» по-своему и требует особого отношения. Получены обобщенные диаграммы экскаваторов шагающих, карьерных и роторных. Обобщенные данные аварийности экскаваторов шагающих и карьерных представлены в табл.4. Как видно из таблицы, на долю электрических машин и их систем управления приходится до 44% времени аварийных простоев у шагающих и до 54% у карьерных экскаваторов.

Наиболее распространенными причинами, вызывающими отказы вращающегося оборудования, являются дисбаланс – 34%, расцентровка валопроводов – 35%, дефекты подшипниковых узлов – 14%, дефекты зубчатых передач – 9%, электромагнитные дефекты – 8%. Безусловно, особого внимания заслуживают проблемы дисбаланса и расцентровки валопроводов, которые могут быть решены применением лазерных центровщиков и организацией балансировки в собственных опорах приборами, и решены эти проблемы могут быть полностью самим предприятием. Что же касается подшипниковых узлов, то здесь проблема сложнее – зависит и от качества поставляемого оборудования и от качества его эксплуатации.

Обобщенные доли аварийности узлов и механизмов экскаваторов Лучегорского угольного разреза

Техническая база ОФС основана на взаимосвязи между эксплуатационными параметрами и дефектами: различные дефекты имеют строго определенные диагностические признаки, появляющиеся при их возникновении, и диагностические параметры, меняющиеся по мере их развития. В качестве диагностических признаков используются технологические и режимные параметры (температура, электрическая нагрузка, давление, влажность и т.п.), а также параметры вибрации (вибрационная скорость, вибрационное ускорение, вибрационное перемещение).

За последние несколько десятилетий вибрационная диагностика стала основой контроля и прогноза состояния вращающегося оборудования. Физической причиной ее быстрого развития является огромный объем диагностической информации, содержащийся в колебательных силах и вибрации машин, работающих как в номинальных, так и в специальных режимах. Техническим обеспечением вибрационной диагностики являются высокоточные средства измерения вибрации и цифровой обработки сигналов, возможности которых непрерывно растут, а стоимость снижается.

В диссертации проведен анализ существующих видов ТО, определены характерные особенности современных технологий контроля и диагностики оборудования и, в частности, вибродиагностики. Дана классификация методов и обобщены технические средства неразрушающего контроля, применяемые в горной промышленности.

Особенностью любой технической системы как объекта диагностирования является тесная взаимосвязь электрических, электромеханических и механических устройств и элементов, отличающихся функциональным назначением и принципом действия.

Диагностический параметр (ДП) – параметр (признак) объекта диагностирования, используемый в установленном порядке для определения технического состояния объекта. Для каждого типа технической системы можно указать множество параметров, характеризующих техническое состояние системы. Большинство ДП по своему назначению могут иметь двойственную природу, являясь одновременно диагностическими и техническими (или параметрами функционального использования). Именно эти параметры чаще всего поддаются непосредственному измерению. В случае если значения диагностических параметров не поддаются непосредственному измерению, то эти значения могут быть найдены путем обработки других параметров, связанных с искомыми функциональными зависимостями.

Всю совокупность параметров технического состояния можно разделить на различные классы, в рамках которых объединяются параметры, связанные общностью физических процессов: электрические, механические, акустические, оптические, химические и др. Выбор совокупности ДП для реализации диагностирования представляет многоальтернативную задачу, определяется многими факторами, основными из которых являются: целевая функция объекта диагностирования; стратегия его технического обслуживания; задаваемый набор средств технического диагностирования; время диагностирования; стоимость средств диагностирования и самого процесса.

Технологии виброакустичекой диагностики позволяют с высокой степенью достоверности придавать определенному функциональному параметру или отклонению от него (дефекту) характерные диагностические признаки. В частности, совокупностью виброакустических признаков, определяющих техническое состояние элементов вращающегося электрооборудования — подшипников, являются характерные частоты и их амплитуды: fВР — частота вращения вала, fв — частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fн — частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, fтк — частота вращения тел качения, fс — частота вращения сепаратора. Наличие этих гармоник и различных модулированных субгармоник в спектре виброакустического сигнала позволяет определять 13 видов дефектов подшипников: бой вала, неоднородный радиальный натяг, перекос наружного кольца, износ наружного кольца, раковины (трещины) на наружном кольце, износ внутреннего кольца, износ тел качения и сепаратора, раковины и сколы на телах качения, неуравновешенность ротора, дефекты узлов крепления, дефекты смазки, дефект муфты. Амплитуды этих гармоник позволяют судить о степени развития дефекта.

Диагностические признаки асинхронных двигателей: fВР – частота вращения ротора, fu – частота напряжения питания, fz – зубцовая частота, s – скольжение ротора — позволяют определять практически все дефекты, за исключением сопротивления изоляции – неуравновешенность ротора, бой вала, дефекты узлов крепления, статический эксцентриситет зазора, динамический эксцентриситет зазора, дефекты обмоток статора, дефекты обмоток ротора, несимметрию напряжения питания, нелинейные искажения напряжения питания.

Диагностические признаки машин постоянного тока: fВР – частота вращения якоря, fК – коллекторная частота, fп –частота пульсаций напряжения питания позволяют определять неуравновешенность якоря, бой вала (муфты), дефекты узлов крепления, дефекты обмоток якоря, дефекты системы возбуждения, дефекты щеточно-коллекторного узла, пульсации напряжения питания.

Кроме виброакустического сигнала для анализа технического состояния может быть использован спектр потребляемого тока приводного двигателя, при этом можно диагностировать связанные с двигателем и шестерни редуктора.

Таким образом, организация практических мероприятий по диагностированию технического состояния конкретных машин и механизмов требует построения соответствующей системы диагностирования. Создание системы диагностирования сопряжено с постановкой и решением целого комплекса задач. К их числу относятся задачи, связанные с исследованием кинематических и динамических свойств объекта диагностирования, определением всего множества дефектов, неисправностей, поломок, отказов и, соответственно, формированием алфавита классов диагностируемых технических состояний, поиском информативных диагностических признаков, на языке которых могут быть описаны эти классы (словарь диагностических признаков), разработкой алгоритмов и решающих правил диагностирования, разработкой требований к перечню и техническим характеристикам измерительной, анализирующей, регистрирующей, вычислительной, документирующей и т.п. аппаратуры, разработкой соответствующего математического и технического обеспечения и ряд других.

На рис.10 представлена классическая кривая надежности оборудования, которая характеризуется тремя характерными участками: зонами послепусковых отказов, случайных отказов и износа. Выравнивание данной седлообразной зависимости и, соответственно, увеличение межремонтного интервала может достигаться двумя путями: переход на обслуживание оборудования по фактическому состоянию (по сравнению с ППР и реактивным ТО) и совершенствованием системы ремонта оборудования – проактивным (ПАО).

Не вызывает сомнений, что для увеличения межремонтного интервала наиболее эффективны капитальные вложения именно в совершенствование системы ремонта оборудования (ПАО). Если мониторинг состояния оборудования и ОФС приводят к экономии затрат службы ремонта только по мере совершенствования системы ТО предприятия, то совершенствование технологии ремонта непосредственно с момента внедрения положительно влияет на межремонтный интервал оборудования. В первую очередь, как часть стратегии ПАО на начальном периоде реализации подпрограмма нацелена на входной и выходной контроль, оценку ТС оборудования после ремонта, обеспечение минимальных дисбалансов и несоосности роторов агрегата при выводе из ремонта,

Рис.10.Схема реализации программы обеспечения

надежности функционирования оборудования

монтажа бездефектных подшипников, полумуфт и других насадных деталей в соответствии с ТУ, обеспечение расчетной жесткости опорной системы при монтаже и обеспечение систем смазки трущихся деталей. Для реализации этого необходимо превентивное внедрение в следующие технологии:

— входной контроль подшипников качения; вероятный результат — увеличение межремонтного интервала не менее чем на 5%;

— индукционный нагрев насадных деталей при монтаже; вероятный результат – увеличение межремонтного интервала не менее чем на 10%;

— применение динамометрических монтажных ключей; вероятный результат – увеличение среднего межремонтного интервала не менее чем на 7%;

— балансировка роторов в собственных опорах; вероятный результат — увеличение среднего межремонтного интервала не менее чем на 10%;

— центровка с применением лазерных датчиков; вероятный результат – возрастание среднего срока службы подшипников и муфт в три раза, возрастание межремонтного интервала на 10 – 100%;

— оценка технического состояния оборудования после ремонта; вероятный результат – только при уровнях вибрации, соответствующих оценки «отлично» — не менее чем на 15%;

— обеспечение качества смазки трущихся пар; вероятный результат – 40% подшипников выходят из строя вследствие отклонения количества смазки от номинальной величины и ухудшения качества.

Мониторинг технического состояния в сочетании с ОФС предназначен для предотвращения внезапных отказов, а ПАО – для подавления причин их возникновения. Однако реализация ПАО, даже при наличии технических средств для проведения вибромониторинга, невозможна, если только выполнять требования ГОСТов. Практически все системы мониторинга и диагностики дают информацию об общем уровне вибрации. При измерении общего уровня колебаний максимальный вклад могут давать несколько основных составляющих, например, составляющая на частоте вращения. Эта составляющая имеет, безусловно, большое значение, однако развивающиеся дефекты могут привести к росту других составляющих, уровень которых может быть значительно ниже уровня доминирующей составляющей. Таким образом, измерение общего уровня является слишком грубой оценкой, с точки зрения определения технического состояния машины или оборудования, и может быть использовано скорее для его контроля, чем для мониторинга, не говоря уже о глубокой детальной диагностике, требующей более тонких методов. Общий уровень используется для сравнения с установленными стандартами пороговыми значениями и для построения трендов, т.е. зависимостей общего уровня от времени, что дает возможность оценить, в первом приближении, скорость изменения состояния машины или оборудования. Кроме того, нормируемые по ГОСТ параметры вибрации по общему уровню носят рекомендательный характер, поскольку даже в группе однотипных машин пороговые уровни вибрации могут сильно меняться в зависимости от условий эксплуатации.

Во многих случаях изменение технического состояния элементов машин и оборудования, особенно на начальной стадии развития дефектов, не влияет на общий уровень вибрации. Так, в частности, для подшипников, появление небольших дефектов на телах качения, а также на наружной и внутренней обоймах практически не изменяет общего уровня вибрации. В то же время наличие зарождающихся дефектов является ценной информацией для обслуживающего персонала и одним из необходимых условий реализации проактивной системы обслуживания. На угольных предприятиях Дальневосточного региона присутствуют элементы мониторинга технического состояния по общему уровню вибрации либо как составляющая системы освидетельствования для продления срока службы экскаваторов. Только на Лучегорском угольном разрезе нами был реализован и получает развитие с 2007 года вибромониторинг по параметрам дефектов подшипниковых узлов преобразовательных агрегатов карьерных экскаваторов. В течение девяти месяцев 2007 года были охвачены мониторингом 38 карьерных и шагающих экскаваторов из 53 и, соответственно, более 300 подшипников преобразовательных агрегатов. По результатам испытаний бездефектных подшипников в выборке оказалось всего 20%, основная масса подшипников имеет слабые 42% и средние дефекты – 31%, нуждающихся в срочной замене – 7%.

По видам дефектов наибольшее распространение (48%) имеют дефекты наружного кольца – обкатывание, износ и раковины, далее — тела качения и сепаратор – самые слабые звенья подшипника (40%). Многие дефекты по мере развития порождают несколько других, при этом коэффициент модуляции «родительского» дефекта, как правило, снижается. Диагностика подшипников синхронного двигателя экскаватора ЭШ-11/70 №8 выявила на одном из них (3636) 22 марта дефект: «износ наружного кольца» (коэффициент модуляции m=8 – средний). Затем 28 мая этот дефект стал уже сильным (m =16), кроме того, появился дефект «обкатывание наружного кольца» (m=10 – средний) и «износ тел качения и сепаратора» (m=8 – средний). Измерения 15.06 показали снижение степени развития дефекта «износ наружного кольца» до m=7, но зато появились «раковины на наружном кольце» (m=16 — сильный). На генераторе поворота этого же экскаватора у подшипника 32330 первоначально выявлены дефекты «раковины и сколы на телах качения» (m=13) и «износ тел качения и сепаратора» (m=8). Эти дефекты сначала развились до величин коэффициентов модуляции 24 и 12, а затем наблюдается их снижение до 23 и 9, соответственно, что свидетельствует об изменении геометрии элементов подшипника. Данные обстоятельства значительно затрудняют определение остаточного ресурса подшипника. До настоящего времени не существует прогнозных моделей остаточного ресурса подшипниковых узлов горного оборудования. Вибродиагностика в угольной промышленности Дальнего Востока только начинает развиваться. Также получает развитие ПАО. Нами на Лучегорском угольном разрезе внедрена технология безразборного восстановления работоспособности подшипниковых узлов электрических машин с помощью наноматериалов — ультрадисперсного состава ССРС, инициирующего самоорганизующиеся процессы в местах трения, устраняющего дефекты и повышающего ресурс работы.

Требуемый при проведении работ по мониторингу современный комплекс средств измерений и диагностики (измерительная система) состоит из следующих частей: аппаратные средства измерений, вспомогательные устройства и каналы связи, программное обеспечение и ЭВМ. Для постоянного мониторинга используются стационарные системы, а для периодического — переносные приборы.

Стационарная аппаратура контроля состояния и мониторинга оборудования применяется для непрерывного контроля вибрации, температуры, давления и других технологических параметров (текущие контрольные измерения и отключение или сигнализация при превышении параметром допустимого значения), мониторинга и диагностики (полные контрольные измерения, анализ тенденций изменения параметра, оценка запаса работоспособности, прогнозирование остаточного ресурса и определение развивающихся и развитых дефектов). Такая аппаратура включает в себя первичный вибропреобразователь (датчик), крепящийся на объекте контроля (агрегате), предварительный согласующий усилитель, соединительный кабель, вторичный блок контроля вибрации, устройство ввода данных в локальный сервер и программное обеспечение. Вторичный блок контроля вибрации служит для проведения текущих контрольных измерений, т.е. измерения значения вибрации, индицирования текущего состояния оборудования, управления внешними устройствами (реле отключения или звуковая и световая сигнализация) при превышении текущим уровнем вибрации допустимых значений.

Переносная аппаратура применяется для периодического контроля и мониторинга параметров вибрации и делится на два класса: виброметры и сборщики данных. Виброметры предназначены для текущих контрольных измерений, т.е. измерения виброускорения, виброскорости или виброперемещения. Сборщики данных предназначены для полных контрольных измерений и позволяют производить анализ сигнала вибрации во временной и частотной областях.

Все диагностические системы объединяются в единую систему мониторинга. Это подразумевает возможность использования диагностической информации, полученной любым из подразделений другими, заинтересованными в ее использовании. Основой компьютеризированного мониторинга является программное обеспечение, устанавливаемое на сервере.

По завершении инсталляции измерительной системы, первый шаг при пуске системы мониторинга оборудования состоит в создании компьютерной базы данных по обслуживаемому оборудованию, содержащей детальное описание всего обслуживаемого оборудования, измерительных точек, параметров для каждой измерительной точки и предварительные предельно допустимые уровни измеряемых параметров (в дальнейшем записи базы данных могут быть расширены, удалены или модифицированы). Затем создаются маршруты опроса точек измерений (для стационарной системы) и обходов оборудования, по которым будут следовать техники и производить сбор данных по каждой измерительной точке маршрута (для сборщиков данных). Маршрут определяет последовательность сбора данных (какой агрегат, какой его компонент, какая точка и в какой последовательности должны быть обследованы).

Предлагаемая к реализации иерархическая система сбора и обработки данных предполагает три уровня. На первом уровне силами сменного персонала установок проводятся текущие контрольные измерения с помощью виброметров и контрольно-сигнальной аппаратуры в соответствии с Регламентом измерений. Результаты измерений фиксируются в вахтовом журнале и/или вводятся в территориальный сервер установки.

На втором уровне проводятся полные контрольные измерения с помощью сборщиков данных (результаты измерений вводятся в сервер системы мониторинга) или стационарных систем контроля и мониторинга (результаты измерений вводятся в терминальный сервер). Контроль производится силами службы ТД. При этом должна быть обеспечена задача обнаружения изменения состояния оборудования, распознавания развивающихся и развитых дефектов, оценки остаточного ресурса оборудования, примерной оценки объемов и сроков требуемого ремонта и планирования специальных диагностических обследований.

На третьем уровне проводятся контроль и общее управление сбором данных и работой службы ТД группой планирования ремонта (руководством служб технического надзора и отделом главного механика).

Информационная система службы ремонта (группы планирования ремонта ОГМ) реализуется как отдельная подсистема управления технико-экономического планирования ремонтно-эксплуатационных мероприятий.

Система мониторинга ТС оборудования должна быть частью интегрированной автоматизированной системы управления производственной деятельностью предприятия. Она должна обеспечивать автоматизированный распределенный сбор в режимах оn-linе и off-linе и хранение диагностической информации, материальных, стоимостных, документальных потоков, действий технического персонала и состояния оборудования, предоставлять аналитическую информацию и отчеты на основе хранимых данных для оптимизации управления службы ремонта, решения задач прогнозирования и перспективного планирования производства, решения задач хозяйственного учета и оперативного управления производством.

Диссертационная работа является законченным квалификационным трудом, в котором автором в результате проведенных исследований дано развитие теории и комплексных методов повышения эффективности функционирования электрооборудования горных предприятий, что имеет важное хозяйственное значение. Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации выполненной работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика нормирования расхода электроэнергии на экскаваторные работы, базирующаяся на результатах экспериментальных исследований, а также на выявлении и количественной оценке взаимосвязей между электропотреблением и технологическими параметрами с применением методов теории вероятностей и математической статистики. Установлены однофакторные и двухфакторные энергетические характеристики экскаваторов мехлопат и драглайнов как корреляционные зависимости между электропотреблением и определяющими его технологическими факторами.

2. Разработана методика определения соответствия измеряемых режимных параметров их фактическим значениям на основе созданной схемы включения многопараметрической системы измерения и регистрации и полученных графиков изменения активной мощности в различных режимах работы.

3. Разработана методика проведения и обработки результатов многопараметрических экспериментальных исследований на основе созданной системы регистрации режимных параметров электрооборудования угольных разрезов. Экспериментально определены параметры электропотребления в различных режимах работы карьерных одноковшовых экскаваторов. Показано, что фактические нагрузки значительно отличаются (в некоторых случаях в два раза) от номинальных, всегда в сторону уменьшения.

4. Теоретически обоснованы параметры режимов возбуждения синхронных двигателей преобразовательных агрегатов в соответствии с их фактическими нагрузками и необходимой генерируемой реактивной мощностью, требующейся для индуктивной нагрузки фидерной линии. Для карьерных экскаваторов разработана методика построения U-образных и рабочих характеристик, позволяющих определять рациональные режимы генерации и перераспределения реактивной мощности в фидерных линиях.

5. Проведен тепловой расчет, рассеивающей и нагрузочной способности, получены аналитические зависимости для выбора параметров высоковольтных экскаваторных гибких кабелей, позволяющие значительно увеличить эффективность их использования в соответствии с фактическими сроком службы, токовыми нагрузками, сезонными температурами окружающей среды и технико-экономическими показателями предприятия. Практически для всех карьерных экскаваторов имеется возможность уменьшать сечения навешиваемых кабелей для летнего сезона как минимум на одну, а для зимнего – на две ступени.

6. Проведен анализ влияния режимных параметров сети на нагрузочные потери электроэнергии. Показано, что активные нагрузочные потери составляют наибольшую часть общих потерь электроэнергии и учитывают потери вследствие изменения режимных параметров сети.

7. Разработан способ определения относительных и регистрации абсолютных потерь электроэнергии по значению активной мощности, канализируемой головным участком, и эквивалентного коэффициента потерь, определяемого топологией сети. Разработана методика определения эквивалентного значения коэффициента потерь сети. Способ определения относительных потерь позволяет судить об эффективности функционирования системы электроснабжения горного предприятия.

8. Проведены теоретические исследования режимов чувствительного элемента фильтровой защиты – фильтра напряжения обратной последовательности. Обоснован выбор управляющего сигнала защитного устройства и использование в качестве чувствительного элемента неуравновешенного фильтра напряжения обратной последовательности. Разработана схема и сконструировано устройство для защиты трехфазных электроустановок от анормальных режимов работы с самоконтролем исправности. Опытные образцы устройства защиты прошли испытания в условиях разреза «Павловский – 2».

9. Обоснована необходимость разработки многоканального, многофакторного защитного устройства от анормальных режимов работы технологического комплекса. Разработан принцип построения универсального защитного и диагностического устройства технологического комплекса, рассчитана схема и сконструировано многоканальное, многофакторное устройство защиты от анормальных режимов работы компактно расположенных электроприемников технологического комплекса, обладающее самоконтролем исправности. Опытный образец пятнадцатиканального защитного устройства прошел апробацию в условиях дробильного комплекса Лучегорского угольного разреза.

10. Дано обоснование необходимости разработки и внедрения новых технологий технического обслуживания горного оборудования – по его фактическому состоянию и проактивной с применением современных способов и технических средств неразрушающего контроля. Предложены параметры виброконтроля и разработана рабочая методика вибромониторинга вращающегося горного оборудования. Проведены экспериментальные исследования и определены статистические параметры различных дефектов подшипниковых узлов преобразовательных агрегатов карьерных экскаваторов.

11. Предложены мероприятия по реализации проактивной системы технического обслуживания: безразборное восстановление работоспособности подшипниковых узлов электрических машин.

12. Предложена поэтапная система мероприятий перехода на систему обслуживания по фактическому состоянию, структурная схема системы мониторинга оборудования карьерных экскаваторов, реализуемая как отдельная подсистема управления технико-экономического планирования ремонтно-эксплуатационных мероприятий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Монографии и учебные пособия

1. Дорошев, Ю.С. Разработка методических основ повышения уровня безопасности и эффективности эксплуатации горного оборудования [Текст]: монография / Ю.С.Дорошев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. – 200 с.

2. Дорошев, Ю.С. Повышение технологической надежности карьерных экскаваторов [Текст]: монография / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. – 232 с.

3. Васянович, А.М. Электроснабжение горных работ [Текст]: учебное пособие / А.М.Васянович, Ю.С.Дорошев, А.С. Коваленко. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2000. – 88 с.

4. Дорошев, Ю.С. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст]: учебное пособие / Ю.С.Дорошев, Д.Б.Соловьев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007.–156с.

5. Баркова, Н.А. Неразрушающий контроль технического состояния горных машин и оборудования [Текст]: учебное пособие / Н.А.Баркова, Ю.С.Дорошев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. — 175 с.

Перечень трудов в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации докторских диссертаций

  1. Гладилин, Л.В. Электрические и тепловые нагрузки экскаваторных гибких кабелей [Текст] / Л.В.Гладилин, Ю.С.Дорошев // Изв. вузов, Горный журнал. — Свердловск, 1979. — №9. — С. 95 – 98.
  2. Дорошев, Ю.С. Оптимизация режимов возбуждения сетевых двигателей одноковшовых экскаваторов на угольных разрезах на основе U-образных характеристик [Текст] / Ю.С.Дорошев, Д.Б.Соловьев // Изв. вузов. Электромеханика. — №8. — 2007. — С. 21-24.
  3. Дорошев, Ю.С. Режимные параметры распределительных сетей горных предприятий [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.Н.Тюрин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ. — 2000. — №11. – С. 212.
  4. Дорошев, Ю.С. О разработке критериев эффективности использования электроэнергии на горных предприятиях [Текст] / Ю.С.Дорошев // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ. — 2002. — №11. – С. 161 – 163.
  5. А.с. 1339455 СССР, МКИ G01R21/00. Способ определения относительных потерь электроэнергии на нагрев проводов / Ю.С. Дорошев. — №3977770/24-21; Заявл.15.11.85; Опубл. 23.09.87, Бюл. №35.

11. Патент РФ №2027273, МКИ 6Н02Н7/08. Устройство для защиты трёхфазной установки от анормальных режимов / Ю.С.Дорошев. — №5015188/07; Заявл. 01.11.91; Опубл. 20.01.95, Бюл. №2.

12. Патент РФ №2258291, МКИ Н02Н7/08. Многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок / Ю.С.Дорошев. — №2004118868/09; Заявл. 22.06.04; Опубл. 10.08.05, Бюл. №22.

13. Патент РФ №2021036, МКИ В05В9/06, 13/06. Устройство для нанесения покрытия на поверхность транспортного средства / А.З.Харин, Ю.С.Дорошев. — №4953736/05; Заявл. 28.06.91; Опубл. 15.10.94, Бюл. №19.

Статьи и доклады, в которых содержатся основные научные положения автора

  1. Дорошев, Ю.С. Анализ эффективности работы электрических систем [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Управление нормальными и аварийными режимами энергосистем и систем электроснабжения: Межвуз. сб. науч. тр.- Чита, 1987. — С. 108 – 110.
  2. Дорошев, Ю.С. Система оперативного контроля и учета потерь электроэнергии [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Информэнерго, деп. №2737-ЭН88, 1988. – 11 с. — ВИНИТИ «Депонированные научные работы» №5, 1988. – С. 159.
  3. Дорошев, Ю.С. Эквивалентирование электрических сетей по коэффициенту потерь активной мощности [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Информэнерго, деп. №2738-ЭН88, 1988. – 6 с. — ВИНИТИ «Депонированные научные работы» №5, 1988. – С. 159.
  4. Дорошев, Ю.С. О регламентировании относительных потерь электроэнергии на технологические процессы в горной промышленности [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Информэнерго, деп. №2739-ЭН88, 1988. – 6 с. — ВИНИТИ «Депонированные научные работы» №5, 1988. – С. 159.
  5. Дорошев, Ю.С. Методологические проблемы оптимизации режимов систем электроснабжения [Текст] / Ю.С.Дорошев, В.И.Савельева, Л.И.Финогеева // Сб. науч. трудов «Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока». – Владивосток, 1990.- С. 142 – 145.
  6. Дорошев, Ю.С. Оптимизация режимных параметров систем электроснабжения горных предприятий [Текст] / Ю.С.Дорошев // Труды Дальневосточного гос.ун-та. Выпуск Ш, секция 4 горно-геологическая. — Владивосток, 1993.- С. 51 — 54.
  7. Дорошев, Ю.С. Методика выбора оптимальных значений токов возбуждения синхронных двигателей [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Труды ДВГТУ. — Владивосток, 1994. – С. 79.
  8. Дорошев, Ю.С. Разработка защитного устройства от неполнофазных режимов работы асинхронных двигателей [Текст] / Ю.С.Дорошев // Труды ДВГТУ. — Владивосток, 1994. – С. 86 — 87.
  9. Дорошев, Ю.С. Комплексное многоканальное защитное устройство трехфазных электроустановок [Текст] / Ю.С.Дорошев // Материалы международной конф. по экологии и безопасности жизнедеятельности «Экология и безопасность жизнедеятельности. Общие проблемы».-Владивосток, 1994.– С. 48 – 49.
  10. Дорошев, Ю.С. Оценка влияния несимметрии напряжения на активные потери электроэнергии [Текст]/ Ю.С.Дорошев // ХХХП научно-техническая конференция. — Владивосток, 1997. – С. 55 – 56.
  11. Дорошев, Ю.С. Определение рациональных токов возбуждения синхронных двигателей карьерных экскаваторов [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Труды ДВГТУ, выпуск 115, серия 4 горно-геологическая «Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока». — Владивосток, 1995. – С. 122 – 126.
  12. Дорошев, Ю.С. К вопросу о потерях электроэнергии в электрических сетях [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.Н.Тюрин // Материалы региональной научной конференции «Молодежь и научно-технический прогресс». — Владивосток, 1998. – С. 105.
  13. Дорошев, Ю.С. Экономическое распределение реактивной нагрузки между электроприемниками фидерных линий горных предприятий [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.Н.Тюрин // Материалы научно-технической конференции «Вологдинские чтения». — Владивосток, 1998. – С. 25 — 26.
  14. Дорошев, Ю.С. Определение среднеквадратических потерь в системах электроснабжения [Текст] / Ю.С.Дорошев // Материалы научно-технической конференции «Вологдинские чтения». — Владивосток, 1998. – С. 29 — 30.
  15. Дорошев, Ю.С. Определение режимных параметров в электрических сетях с помощью ЭВМ [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.Н.Тюрин // Труды ДВГТУ, выпуск 121, серия 4 «Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока». — Владивосток, 1999. – С. 77 – 79.
  16. Doroshev, J.S. Method of definition of losses of the electric power [Теxt] / J.S. Doroshev, S.N. Tyurin // Congress materials “Young people & scientific-technical progress”. – Vladivostok, — 1999. — Р.156.
  17. Doroshev, J.S. Costeffective distribution of a reactive load between consumers of feeder lines of mines [Техt] / J.S. Doroshev, E.L. Cirulik // Congress materials “Young people & scientific-technical progress”.–Vladivostok,- 1999. — Р. 153 — 154.
  18. Дорошев, Ю.С. Критерии эффективности использования электроэнергии на горных предприятиях [Текст] / Ю.С.Дорошев // Материалы второй международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2002. – С. 70 – 72.
  19. Дорошев, Ю.С. Геотехника и ноосферные знания [Текст]/ Ю.С.Дорошев // Материалы второй международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР».- Владивосток, 2002. – С. 102 – 104.
  20. Дорошев, Ю.С. Проблемы распределения реактивных нагрузок в электрических сетях горных предприятий [Текст] / Ю.С.Дорошев, Д.Б.Соловьев // Материалы второй международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2002. – С. 187 – 189.
  21. Дорошев, Ю.С. К вопросу о рациональной топологии распределительных сетей угольных разрезов [Текст] / Ю.С.Дорошев, Д.Б. Соловьев // Материалы региональной научно-практической конференции «Проблемы освоения минеральных сырьевых ресурсов и топливно-энергетических ресурсов Дальневосточного региона». — Владивосток, 2004. – С. 143 — 144.
  22. Дорошев, Ю.С. К вопросу о повышении уровня безопасности и эффективности эксплуатации горного оборудования [Текст] / Ю.С.Дорошев // Юбилейная региональная научно-практическая конференция «Проблемы освоения минерально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов Дальневосточного региона». — Владивосток, 2004. – С. 36 – 39.
  23. Дорошев, Ю.С. Анализ технического состояния действующего экскаваторного парка Лучегорского угольного разреза [Текст] / Ю.С.Дорошев, В.Б. Карпушенко // Третья международная научная конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2004. – С. 178 — 183.
  24. Дорошев, Ю.С. Определение оптимальной структуры ремонтного цикла по фактическому состоянию экскаваторного парка [Текст] / Ю.С.Дорошев, В.Б. Карпушенко // Материалы третьей международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2004. – С. 151 – 155.
  25. Дорошев, Ю.С. Применение цифровых микропроцессоров для оптимизации режимов работы главных приводов карьерных экскаваторов [Текст] / Ю.С.Дорошев, Д.Б.Соловьев // Третья международная научная конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2004. – С. 183 — 185.
  26. Дорошев, Ю.С. Рациональная топология распределительных сетей угольных разрезов [Текст] / Ю.С.Дорошев, Д.Б.Соловьев // Третья международная научная конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2004. – С. 187 — 190.
  27. Дорошев, Ю.С. Основные причины простоя технологического оборудования угольных предприятий [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.Т.Грибанов // Четвертая международная научная конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2006. – С. 115 – 118.
  28. Дорошев, Ю.С. Мониторинг технического состояния горного оборудования [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин // Четвертая международная научная конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2006. – С. 119 – 126.
  29. Doroshev, J.S. Progressive technologies of maintenance service rotating equipment [Техt] / J.S. Doroshev, S.V. Nestrygin // International Symposium on New Techniques of Geological Engineering and Geological Hazards, China, Jilin University, August 23rd-27th, 2006. – P. 120 — 121.
  30. Дорошев Ю.С. Практическая балансировка роторов электрических машин в собственных опорах [Текст] / Ю.С. Дорошев, О.А. Курбатова, С.В. Нестругин // Четвертая Международная Научная Конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2006. – С. 126 – 130.
  31. Дорошев Ю.С. О необходимости разработки методов отслеживания и распознавания технического состояния оборудования по совокупности его эксплуатационных характеристик [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин // Четвертая Международная Научная Конференция «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». — Владивосток, 2006. – С. 131 – 132.
  32. Дорошев Ю.С. Анализ технического состояния подшипниковых узлов преобразовательных агрегатов карьерных экскаваторов [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин, М.В.Полищук // Труды ДВГТУ, выпуск 147. — Владивосток, 2007. – С. 7 – 12.
  33. Дорошев Ю.С. К вопросу о рациональной топологии распределительных сетей угольных разрезов [Текст] / Ю.С.Дорошев, М.В. Полищук // Труды ДВГТУ, выпуск 147. — Владивосток, 2007. – С. 12 – 14.
  34. Дорошев Ю.С. Применение дифференцирующих индукционных преобразователей тока в системах диагностики и защиты горных электротехнических комплексов [Текст] / Ю.С.Дорошев, Г.Е.Кувшинов, Д.Б.Соловьев // Сборник трудов пятой Всероссийской конф. с международным участием. – Благовещенск, 2008. – С. 351 – 354.
  35. Дорошев, Ю.С. Практическая балансировка роторов электрических машин в собственных опорах [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин // Электробезопасность. – 2008. — № 4. – С. 3 – 8.
  36. Дорошев, Ю.С. Современные технологии технического обслуживания электрических машин карьерных экскаваторов [Текст] / Ю.С.Дорошев, С.В.Нестругин, А.С.Киричук // Электробезопасность.– 2008.-№ 2-3.– С.3-6.
  37. Дорошев Ю.С. Защитные и диагностические системы горных электротехнических комплексов [Текст] / Ю.С.Дорошев, Г.Е.Кувшинов // Электробезопасность. – 2008. — № 1 . – С. 3 – 8.
  38. Дорошев Ю.С. Нагрузочная способность высоковольтных гибких кабелей [Текст] / Ю.С.Дорошев // Электробезопасность. – 2008. — № 4. – С.8 — 14.
| • Главная | • Контакты |
© 2011 www.dissers.ru — «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Как повысить энергоэффективность предприятия

Вопросы энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятий в последние годы звучат повсеместно. Интерес к теме проявляется как со стороны государства, так и со стороны собственников предприятий, заинтересованных в повышении эффективности своего производства.

Энергосбережение и энергоэффективность

Государство уже давно озаботилось положением страны в области использования ресурсов, в связи с этим 23 ноября 2009 г. был подписан Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении». Закон обязует проводить мероприятия по снижению уровня потребления энергоресурсов и обеспечивать постепенное достижения экономического эффекта в использовании ресурсов как зданий и сооружений, так и промышленных объектов.

Аудит условий энергоснабжения

Комплекс мероприятий, направленный на снижение объема потребления электрической энергии

Мероприятия по повышению энергетической эффективности на сегодняшний день это не только дань моде и красивые лозунги. Топ-менеджеры компаний, заинтересованные в оптимизации затрат давно пришли к выводу что такие мероприятия являются реальными инструментами для повышения конкурентоспособности на рынке.

Повышение энергоэффективности предприятия

Формула достижения эффекта проста:

Мероприятия ведут к снижению потребления энергоресурсов при сохранении текущего объема производства, либо к увеличению объемов производства при сохранении текущего потребления энергоресурсов, в зависимости от планов компании. Это в свою очередь приводит к снижению затрат на энергоресурсы.

Таким образом, внедряя мероприятия по энергосбережению:

  • предприятие получает экономический эффект, в виде снижения стоимости приобретаемых энергоресурсов
  • снижается потребление энергоресурсов на единицу продукции, что повышает конкурентоспособность продукции на рынке;
  • за счет модернизации оборудования снижается вероятность возникновения аварий, выхода из строя оборудования и другие факторы.

Какие энергосберегающие мероприятия можно провести в отношении потребляемой электроэнергии?

Любые энергосберегающие мероприятия следует начинать с анализа текущих условий. В области электрики такой анализ включает в себя:

  1. Аудит условий энергоснабжения
  2. Аудит технического состояния оборудования и всех систем обеспечения производства предприятия.

Аудит условий энергоснабжения позволяет ответить на вопросы:

  • Насколько выгодно вы ведете работу с поставщиком электрической энергии? Если раньше выбора особо не было, то сегодня каждое предприятие может выбрать для себя оптимальные условия поставки электрической энергии
  • Насколько оптимальны у вас условия ценообразования на электрическую энергию?
  • Оптимален ли ваш режим потребления электрической энергии?
  • Контролируете ли вы свой расход электроэнергии?

Аудит технического состояния оборудования позволит вам узнать:

  • Есть ли у вас потенциал повышения энергетической эффективности при модернизации оборудования?
  • На сколько экономически целесообразно внедрять энергосберегающие технологии?
  • Какие мероприятия можно провести, чтобы достигнуть экономического эффекта?
  • Как быстро вы сможете достигнуть желаемых результатов в экономии при проведении необходимых мероприятий?

Мероприятия по энергосбережению на предприятии

Имея на руках данные о текущей ситуации составляется программа энергосбережения, которая представляет собой план мероприятий, с расчетом экономической составляющей проекта и сроками окупаемости необходимых финансовых вложений.

При этом все мероприятия по энергосбережению можно условно разделить на две основные группы:

  1. Обязательные мероприятия, проведение которых обусловлено необходимостью выполнения требованиями тех или иных нормативных актов. К таким мероприятиям можно отнести требование к оснащению приборами учета энергоресурсов всех зданий, строений, сооружений, соблюдение нормативов по освещенности рабочих мест. Несоблюдение таких требований может повлечь штрафные санкции, при этом выполнить требования все же придется.
  2. Мероприятия, проведение которых не обязательно, но может быть экономически выгодно. Перед проведением таких мероприятий делается технико-экономическое обоснование.

Программа энергосбережения предприятия будет состоять из набора обязательных и рекомендуемых мероприятий. По статистике проведения энергосберегающих мероприятий оптимальным является срок окупаемости составляет 2-3 года. Эффект вы получите в краткосрочной перспективе, и поэтому такая ситуация для предприятий является наиболее привлекательной.

Рассмотрим какие же мероприятия можно провести для того, чтобы снизить потребление электрической энергии:

Для выявления целесообразности внедрения энергосберегающего оборудования на первом этапе проводится предпроектное обследование.

Заказать предпроектное обследование

Позвоните нам или оставьте свой e-mail или номер телефона и наш специалист свяжется с вами.

Повышение эффективности российских энергетических систем

Рубрика: Экономика и управление

Дата публикации: 10.10.2020 2020-10-10

Статья просмотрена: 1248 раз

Библиографическое описание:

Афанасьева Е. А., Кислякова М. Д. Повышение эффективности российских энергетических систем // Молодой ученый. — 2020. — №40. — С. 96-99. — URL https://moluch.ru/archive/174/45848/ (дата обращения: 27.11.2020).

В статье представлен анализ направлений повышения эффективности энергетических систем в условиях современной рыночной экономики России.

Ключевые слова: энергетическая система, потери электроэнергии, качество электроэнергии, FACTS, Smart Grid

По сравнению с экономиками других стран, российская экономика по праву может именоваться одной из самых расточительных. Энергоёмкость ВВП РФ почти в два раза превосходит среднемировой уровень, и в три раза — средний уровень стран ЕС. Кроме того, Россия потребляет приблизительно 6 % от всех энергоресурсов мира [1].

Резерв сбережения энергии в РФ равен 45 % от нынешнего объёма потребления. Энергоёмкие производства имеют потенциал энергосбережения равный 31 %, ТЭК — 30 %, ЖКХ — 24 %. В меньших объёмах можно сберегать энергоресурсы в транспортной сфере — 6,5 %, в федеральной бюджетной сфере — 4,8 %, в сельском хозяйстве — 3,3 % [5].

В соответствии с опубликованными данными Министерства экономического развития, увеличение энергетической эффективности экономики России позволит полностью покрыть 85 %-й прирост потребности в энергоресурсах [3]. Вопрос энергоэффективности актуален как для целой страны, так и для каждого отдельного хозяйствующего субъекта.

Таким образом, на современном этапе необходимо выявить причины снижения эффективности функционирования российских энергосистем, а также предложить наиболее оптимальные в условиях кризисной экономики пути их решения.

Энергетическая система — совокупность электростанций, объединённых электросетями на синхронную работу и связанных общим графиком нагрузки с единым управлением технологическими режимами. В России существуют три уровня энергетических систем: районные (РЭС), объединённые (ОЭС) и ЕЭС (единая энергосистема). ОЭС объединяет на параллельную работу несколько РЭС, а ЕЭС в свою очередь — несколько ОЭС. ЕЭС нашей страны состоит из шести параллельно работающих ОЭС и одной изолированной ОЭС Востока [4].

Говоря о ЕЭС, необходимо упомянуть Единую национальную электрическую сеть ЕНЭС, в состав которой входят высоковольтные сети (магистральные ЛЭП и подстанции, их обслуживающие), позволяющие поставлять энергию объединённым энергосистемам, а также производить её транзит, экспорт и импорт.

До распада Советского Союза и последовавшей вскоре реформой электроэнергетики, ЕЭС СССР имела более эффективную иерархическую систему управления, чем ЕЭС России имеет сейчас [4]. В процессе реформы старая хорошо отлаженная системы была раздроблена на сотни частных предприятий, что привело к снижению качества управления ЕЭС и, как следствие, снижению надёжности и безопасности энергоснабжения. Всё это нашло отражение в виде аварий и роста тарифов, а также нежелания монополиста своевременно внедрять энергосберегающие технологии.

В собственности РАО «ЕЭС России» в настоящее время находится оборудование, износ которого составляет приблизительно 50 %. Необходимо отметить, что неоднократное использование оборудования с истекшим сроком полезного использования зачастую оказывается дороже, чем его полная замена. Также имеет место пережог (перерасход) топлива. Чтобы покрыть потери, увеличиваются тарифы. По данным ФСТ России, средний рост тарифов на электроэнергию для населения в 2014 г. составил 8,1 %, в 2015 г.– 6,4 %, 2020 г. — 7,5 %. Рост цен на оптовом рынке (для предприятий): 2014 г. — 8,3 %, 2015 г. — 10,3 %, 2020 г. — 10,2 % [3].

Для удовлетворения требований надежной работы энергосистемы и, следовательно, бесперебойного снабжения потребителей качественной электроэнергией необходимо уделять внимание проблемам снижения потерь электроэнергии при транспортировке, а также качеству электроэнергии.

Предприятия электроэнергетики несут два вида потерь: нагрузочные и условно-постоянные (не зависят от нагрузки). Первые имеют место в 24,7 %, а вторые в 75,3 % от общего числа потерь. Нагрузочные потери состоят из 86 % потерь в ЛЭП и 14 % потерь в трансформаторах [6] (см. рис. 1).

Рис. 1. Состав нагрузочных потерь электроэнергии в сетях предприятий энергетики и электрификации России

Условно-постоянные потери состоят из 67 % потерь холостого хода трансформаторов, 11 % расходов на собственные нужды подстанций и 22 % прочих потерь (см. рис. 2).

Рис. 2. Состав условно-постоянных потерь электроэнергии в сетях предприятий энергетики и электрификации России

Высокое качество электрической энергии зависит от должного выполнения требований при производстве электроэнергии, её бесперебойной передачи и распределения по надежным сетям. К снижению качества электроэнергии приводят: износ энергооборудования, рост числа погрешностей измерительных приборов, сбои систем автоматики и релейной защиты, проблемы в работе конденсаторных установок из-за резонанса на высших гармониках, повышенный уровень потерь энергии и мощности и т. п., снижение производительности электрооборудования и технологического процесса, повышенное потребление энергии вследствие увеличения длительности технологического процесса, снижение КПД оборудования и т. д.

Широкое применение высокотехнологичного оборудования — основы инновационного развития промышленного комплекса страны — спустя десятилетия приведет к совершенно новым требованиям к надежности, качеству и экономичности электроснабжения. Традиционные пути в совершенствовании электрических сетей не позволяют решить такие задачи. Кардинальное решение данных проблем содержится в новой концепции преобразования электроэнергетической системы в интеллектуальные системы. Существует два варианта такого преобразования [6]:

1) Преодоление технологического отставания путем модернизации существующих сетей и превращения их в «сильные сети» с большой пропускной способностью и с повышенной надёжностью. Это нужно для полной наблюдаемости ЕЭС и управления её технологическими режимами в реальном времени. Таким образом, возрастёт эффективность ЕЭС, а также индекс надёжности электроснабжения потребителей изменится до 0,9990–0,9997 с текущего уровня 0, 9960.

Предусмотрено широкое внедрение гибких систем передачи электроэнергии (FACTS) и модернизация систем автоматической аварийной защиты и диспетчерского управления. FACTS — это электропередачи переменного тока, оснащенные устройствами современной силовой техники [2]. Данная технология входит в состав «умных линий» Smart Grid и позволит электрической сети выполнять активную функцию, а не пассивную. Срок окупаемости затрат на внедрение FACTS на крупном предприятии составляет в среднем от 0,5 до 1 года.

2) Реализация концепции Smart Grid (умные сети электроснабжения), предусматривающей полную автоматизацию процесса передачи и распределения электроэнергии и радикальное изменение принципов взаимодействия сетевых и генерирующих компаний и потребителей. Это позволит осуществлять бесперебойное электроснабжение с максимальной экономической эффективностью. Управляется механизм централизованно — через компьютерный центр, куда с миллионов цифровых контроллеров в режиме реального времени поступают сведения об уровне потребления электроэнергии. Таким образом, влияние человеческого фактора сведено к минимуму. Однако данный способ более сложный и затратный.

Плюсы Smart Grid [2]:

‒ сокращение потерь при передаче электроэнергии;

‒ повышение надежности энергоснабжения;

‒ самовосстановление во время аварии;

‒ информация для потребителей в реальном времени;

‒ сбалансированное перераспределение энергопотоков и снижение пиковых нагрузок;

‒ потребитель может покупать качественную электроэнергию в соответствии с рыночной конъюнктурой;

‒ появляется мотивация и благоприятная среда, которые позволяют интенсивно осваивать возобновляемые энергоресурсы и развивать электротранспорт.

Согласно данной концепции, энергосистема перспективного будущего расценивается как инфраструктура, похожая на Интернет и созданная для поддержания энергетических, информационных, экономических, финансовых взаимоотношений между всеми субъектами энергетического рынка.

Многие государства осуществляют проекты с применением интеллектуальных сетей. В США уже реализовали подобный проект. На его осуществление ушло пять лет и 100 млн. долл. В РФ данную технологию только начали внедрять и то частично. Федеральная сетевая компания (ФСК) успешно реализовала программу развития энергосистемы с «умной» сетью на период с 2010 по 2012 г. с общим объемом инвестиций 519 млрд. руб. Это позволило сократить потери электрической энергии на 25 % и сэкономить 34 млрд. кВт в год [2].

В заключение необходимо отметить, что причиной низкой эффективности российских энергетических систем является распад СССР и последовавшая за этим реформа электроэнергетики. Из чего вытекают следующие проблемы:

‒ низкое качество управления единой энергосистемой;

‒ низкая надежность и безопасность энергоснабжения;

‒ потери электроэнергии при транспортировке;

‒ проблема качества электроэнергии;

‒ износ энергетического оборудования.

Решением вышеперечисленных проблем, на наш взгляд, являются технология FACTS и концепция Smart Grid. Будущее за интеллектуальной энергетикой, так как уже сейчас существуют серьезные препятствия на пути её последующего развития и повышения эффективности, которые без освоения умных сетей преодолеть практически невозможно. Следует помнить, что интеллектуальные системы — это не панацея, а оптимальный выбор в процессе создания экономически эффективной распределительной генерации. Однако данные технологии не российские и поэтому подпадают под санкции Запада.

Каждый электрик должен знать:  Этапы разборки лампы накаливания процесс разборки
Добавить комментарий